拓展9 简单机械实验探究-【帮课堂】九年级科学上册同步学与练（华师大版）

实验 1 探究使用动滑轮是否省功 【实验目的】探究使用动滑轮是否省功（探究外力对机械做的功与机械对物体做的功的大小关系）。 【实验图示】 【实验原理】使用动滑轮时拉力做的功 W1 = Fs，直接提升钩码做的功 W2 = Gh。 【实验操作】 （1）如图甲所示，用弹簧测力计将钩码匀速缓慢地提升一定的高度，读出弹簧测力计的示数（等于钩码的重力 G），用刻度尺测出钩码升高的高度h，并记入表中; （2）如图乙所示，通过动滑轮用弹簧测力计将同样的钩码匀速缓慢提升相同的高度h，读出弹簧测力计的示数F，并测量出绳端移动的距离s，记入表中; （3）改变提升钩码的重力（个数），重复上述实验，将实验数据填入表中。 理解：测量s和h 的方法 测量绳子自由端移动的距离s时，将刻度尺竖直放置在装置旁边，在绳子某处做一标记，记下开始拉动时标记在刻度尺上对应的示数;钧码上升一段距离后，再次记录标记在刻度尺上对应的示数，两次示数之差即为 s。也可以采用类似的方法测量钧码上升的高度h。但通常可以只测量其中的一个，再根据s=nh 求出另一个的数值。 多次测量的目的：改变钩码的数量进行多次实验的目的是排除偶然因素，得到普遍规律。 【注意事项】 （1）弹簧测力计要竖直拉动，若倾斜拉动，动力 F会偏大，导致测量误差较大。 （2）弹簧测力计拉动绳子自由端时要匀速上升，因为这样才符合二力平衡的要求，即此时弹簧测力计的示数才等于绳子所应该承担的来自物体和动滑轮的阻力。 （3）要在弹簧测力计匀速运动过程中读数，因为这样测量出来的拉力中包含了使用动滑轮过程中绳与滑轮、滑轮与轴之间的摩擦，不能在弹簧测力计静止状态下读数，这时读数误差较大。 【实验数据】 实验序号 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 钩码重力G/N 钩码上升的高度h/m 使用动滑轮时拉力做的功W1/J 直接提升钩码做的功W2/J 1 0.6 0.2 1 0.1 0.12 0.1 2 1.1 0.2 2 0.1 0.22 0.2 3 1.6 0.2 3 0.1 0.32 0.3 【实验分析】由表中数据可知，用动滑轮提升钩码所做的功与直接提升钩码所做的功不相等。用动滑轮提升钩码所做的功大于直接提升钩码所做的功。 【实验结论】拉力F做的功总是大于直接对钩码做的功，使用动滑轮不能省功。 实验 2 测量滑轮组的机械效率 【实验图示】 【实验原理】（G：物重；h：重物上升高度；F：绳自由端拉力；s：绳自由端移动距离） 【实验步骤】 （1）如图甲所示，将钩码挂在滑轮组下方，用弹簧测力计拉着绳子自由端沿竖直方向做匀速直线运动，读出此过程中弹簧测力计的示数F，并测量出绳端移动的距离、钩码受到的重力G和钩码上升的高度h，将数据填入表中，并计算出相应的机械效率。 （2）改变钩码的数量，重复上述实验两次。 （3）改变提升重物的高度，重做上述实验。 （4）换用图乙所示滑轮组，重做上述实验。 【实验数据】 实验序号 F/N s/m G/N h/m W总/J W有/J 机械效率η 1 1.2 0.3 2 0.1 0.36 0.2 55.6% 2 1.9 0.3 4 0.1 0.57 0.4 70.2% 3 3.2 0.3 8 0.1 0.96 0.8 83.3% 4 3.2 0.6 8 0.2 1.92 1.6 83.3% 5 2.2 0.5 8 0.1 1.10 0.8 72.7% 【实验数据分析】 （1）由第1、2、3 次实验可知，用同一滑轮组提升不同的钩码时，钩码个数越多，滑轮组的机械效率越高； （2）由第 3、4 次实验可知，改变提升钩码的高度，滑轮组的机械效率不变； （3）由第 3、5 次实验可知，提升的钩码相同时，滑轮组中动滑轮的个数越多，机械效率越低。 【实验结论】 （1）同一滑轮组的机械效率不是固定不变的，用同一滑轮组提升不同重物时，被提升的重物越重，滑轮组的机械效率越高。 （2）滑轮组的机械效率与重物被提升的高度无关。 （3）用不同滑轮组提升同一重物时，动滑轮的个数越多，滑轮组的机械效率越低。 【注释】 （1）滑轮组的机械效率与提升重物的高度及速度无关 ①与h或s无关：对某一确定的滑轮组来说，s、h与绳子段数n 之间的关系为 s=nh，代入机械效率公式可得，故滑轮组的机械效率与提升重物的高度及绳子自由端移动的距离无关。由此也可以看出，测滑轮组的机械效率时，也可以不用测出s和h的具体数值，只需测出G、F，并找出n值，即可根据得出机械效率。 ②与提升重物的速度无关∶同理有，所以滑轮组的机械效率与绳子自由端和物体移动的速度无关。 （2）提高滑轮组机械效率的方法 方法 分析