探究斜面的机械效率的实验研究

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1、探究“斜面的机械效率”的实验研究探究“斜面的机械效率”的实验研究工作单位：广州市第二十一中学物理科杨斌（yangbin21st@126.com）地址：广州市环市东路天胜村16号之一；邮政编码：510095电话：（020）83500650－2056【摘要】探究斜面的机械效率是课程标准对初中物理实验探究能力的具体要求，体现了科学探究的精神。但这个实验教学中，往往存在一些误区，教材中也存在一些不明确的指导，这对实验探究的教学带来不利的因素。本文从实验分析的角度和受力分析理论计算的角度，对斜面的机械效率进行分析，提高实验教学

2、的有效性和针对性，挖掘科学探究的本质。【关键词】斜面机械效率【正文】一、问题的提出在《义务教育物理课程标准2011版》（简称课程标准）中的二级主题“机械能”下有四个三级主题，其中3.2.3要求：“知道机械效率，了解提高机械效率的途径和意义”，定位在于“了解”水平，也就是要通过使用机械做功的案例分析，了解有用功和额外功，知道机械效率的物理意义、定义式；了解实际的机械效率不可能是100％。并通过测得某种简单机械的机械效率，在实验中了解提高机械效率的方法，通过学生经历测得某种简单机械的机械效率，知道提高机械效率的实际意义和

3、途径，并能合理改进机械提高效率；培养科学探究的精神和能力。在《义务教育课程标准物理实验教材（九年级）》（简称物理教材）中关于“探究斜面的机械效率”的实验研究：光滑程度一样的斜面，当它的倾斜程度不同时，斜面的效率是否相同。学生在实验探究中，就产生这样的问题，：斜面的机械效率除了与斜面的光滑程度（粗糙程度）、倾斜程度有关以外，是否与物体的重量有关？斜面的省力情况与机械的效率是否有关？教材中的图示是用斜面把“木块”拉上去，而供参考的数据记录表格中却是“小车重量”，那么物体在斜面上滚动时机械效率与滑动时的机械效率是否相同？等

4、等。对于这些问题的分析和研究，有助于搞清影响斜面的机械效率的因素到底有哪些，如何避免实验探究的误区。二、对“探究斜面的机械效率”的实验方法和分析研究（如图）探究的因素设定为：斜面的粗糙程度、斜面的倾斜程度和物体的重量。探究的对象是一块重量为G的木块，用弹簧测力计测得其重量为4.0N。使用斜面的做功的目的是：把木块抬高到高度为h的位置，但不是竖直提升，而是沿着长为s的斜面把木块拉上去，这样做是为了省力，但木块在斜面运动时存在摩擦力，物体克服摩擦力要做额外功，因此省力但不省功。沿斜面拉物体运动时，如何计算斜面的机械效率？

5、克服物体重力所做的功是有用功，拉力所做的功是总功。计算斜面的机械效率为： 取一条长木板放在水平桌面上，为了解长木板表面的粗糙程度，首先用弹簧测力计沿水平方向匀速拉动木块运动，记录拉力大小为1.40N。在长木板一端用小木块垫高，构建成一个斜面，记录斜面的高度h、斜面的长度s。用弹簧测力计把这个重量为G的木块，从斜面底端沿斜面方向匀速拉到斜面顶端，测量沿斜面方向的拉力F。为提高测量的准确性，选择精确度高的弹簧测力计，实验中使用量程为5N、分度值为0.1N的弹簧测力计。实验采取控制变量法：　　1，在控制斜面的粗糙程度和物体

6、重力一定时，移动垫着长木板的小木块的位置，使之向右移动，改变斜面的倾斜程度（较缓、较陡、最陡），探究斜面机械效率与斜面倾斜程度的关系。（附表格一）实验次数斜面坡度斜面材料木块重量/N斜面高度/m有用功/J拉力/N斜面长度/m总功/J机械效率1较缓木板4.00.200.802.201.002.2036.36%2较陡木板4.00.200.802.400.801.9241.67%3最陡木板4.00.200.803.500.401.4057.14%第3页共3页探究“斜面的机械效率”的实验研究 2，在控制斜面的倾斜程度和物体重

7、力一定，改变斜面的粗糙程度（在毛巾、木板、玻璃斜面上），探究斜面机械效率与斜面粗糙程度的关系。（附表格二）实验次数斜面坡度斜面材料木块重量/N斜面高度/m有用功/J拉力/N斜面长度/m总功/J机械效率1较陡毛巾4.00.200.802.80 0.80 2.24 35.70% 2较陡木板4.00.200.802.400.801.9241.67%3较陡玻璃4.00.200.801.40  0.80 1.1271.40%  3，控制斜面的倾斜程度和斜面粗糙程度一定，改变物体的重力（用较轻、较重、最重的物体），探究斜面机械效

8、率与物体重力的关系。（附表格三） 实验次数斜面坡度斜面材料木块重量/N斜面高度/m有用功/J拉力/N斜面长度/m总功/J机械效率1较陡木板4.00.200.803.500.401.4057.14%2较陡木板4.50.200.903.800.401.5257.69%3较陡木板5.00.201.004.300.401.7258.14%　分析实验数据