功和机械能实验探究题攻略

管　余

功、功率和机械能是物理学中的重要概念，也是初中物理学习的重要内容.在历年的中考中，这部分是必考的内容之一，特别是科学探究越来越受到重视.为了更好地帮助同学们解答这部分的科学探究类问题，现结合2008年中考试题分类例析.

一、探究斜面的机械效率

例1 （天津市）某物理学习小组，针对同学中存在的有关斜面问题的一些疑惑，进行了实验探究和理论探究活动．

［实验探究］

将长度为1 m的长木板的一端垫高，构成长度一定、高度可调的斜面（如图1所示）．用沿斜面向上的拉力F使重为10 N的滑块沿斜面匀速向上运动，完成斜面机械效率测量．下表呈现的是部分实验数据.

（1） 疑惑一：“斜面的机械效率越高越省力吗？”

请根据表中的实验数据，写出正确的结论：_____.

（2） 疑惑二：“斜面倾斜程度越大拉力越大，滑块受到的摩擦力也一定越大吗？”

请进一步分析表中实验数据，写出正确的结论：_____.

简述理由：_____.

［理论探究］

（3） 疑惑三：“滑块受到的摩擦力是一个‘不可直接测量量，能通过‘可测量量求出摩擦力吗？”

请根据已有的知识推导：对于倾斜程度不同的斜面，在拉力F作用下（拉力方向沿斜面向上）使重为G的滑块沿斜面匀速移动时，滑块受到的摩擦力f的数学表达式（斜面的长l和斜面的高h均为“可测量”量）.

分析： 本题着重考查同学们根据数据分析论证、得出结论的能力，以及分析理解图表的能力.

（1） 通过读图可知，机械效率越高的斜面，不一定省力（机械效率越高的斜面，越费力）.

（2） 斜面倾斜程度越大拉力越大，但摩擦力不一定越大（摩擦力越小）.理由：因为由实验数据可知，斜面倾斜程度变大，斜面的机械效率也随之变大，额外功的比例变小，所以摩擦力不一定变大（斜面倾斜程度变大，滑块对斜面的压力变小，因此滑块受到的摩擦力变小）.

（3） 当滑块沿斜面匀速向上运动时，由功的关系得F l = Gh+f l.则有

f = F- .

当滑块沿斜面匀速向下运动时，由功的关系得Gh=F l+f l.则有

f = -F.

其他解法，推导正确即可.

点评： 解答这类题目的关键是，首先弄清表格中每行每列数据的物理意义，然后根据题目的要求从表格中准确读取有用信息，再把已掌握的对解决问题有用的知识结合起来，进行综合分析.

二、探究功率的大小

例2 （桂林市）如图2所示，要粗测小明同学做引体向上时的功率，下面所列的物理量中，不需要测量的是（）.

A． 他的质量

B． 单杠的高度

C． 每次身体上升的高度

D． 做引体向上的时间

分析： 如何测定小明做引体向上时做功的功率？这需要根据P = = 判断.由公式可知需测量的物理量，从而选择所需要的器材.所以题中所列的物理量中，不需要测量的是B.

点评： 对实验器材的选择，需要先根据实验原理P = 进行推导，再由所需测量的物理量选择实验器材.

三、探究影响机械能的因素

例3 （威海市）小明为探究动能的大小与哪些因素有关，他设计了如图3甲、乙所示的实验.

（1） 让质量相同的两个小球沿同一光滑斜面分别从A处和B处开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止，如图3甲所示.

（2） 让不同质量的两个小球沿同一光滑斜面分别从B处开始向下运动，然后与放在水平面上的小木块相碰，小木块在水平面上移动一段距离后静止，如图3乙所示.

上述甲、乙两组实验中：

（1） 要探究动能与物体运动速度的关系应选用_____图，选择的理由是：_____.

（2） 乙图中让不同质量的两个小球从同一高度滚下的目的是：_____.

（3） 由甲、乙两组实验可以得出的结论是：_____.

分析： 如何确定物体能量的大小呢？在本实验中，是通过比较小球能够对外做功的多少来体现的.因为动能的大小不仅与质量有关，还与速度有关，为了研究动能的大小与质量的关系，需要控制速度相同.让小球从相同的高度滚下，能实现小球到达斜面底端时速度相同.小球到达水平面时，小球推动小木块做功，把小木块推得越远，做的功越多，说明小球的动能就越大.本题答案为：（1） 甲 首先控制了两个小球的质量相同；另外，小球下落时的高度不同，到达斜面底端的速度不同 （2） 使小球到达斜面底端与小木块相碰时的速度相同 （3） 质量相同的物体，运动速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大

点评： 判断能的多少用所做的功的多少来比较；研究影响动能大小的因素的过程中采用控制变量的研究方法；研究动能与质量的关系时，必须控制速度相同；而研究动能与速度的关系时，必须控制质量相同.

责任编辑/姜明长

注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”。