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专题 32 力学实验专题（三）（解析版）
【内容播报】
特别说明：典例主要是2023年的中考真题，即时检测是最新的全国各地的模拟题，好题冲关
中的基础过关主要是2022年的期末考试题，能力提升主要是2023年的模拟考试题，真题感
悟主要2023年的中考真题中，所有题型经过多次筛选。知识点以挖空的形式设计，便于学生
提前预习，实验通过方法总结，知识加工，便于学生理解和记忆，好题冲关分层设计，针对
于不同的学生。
实验 好题冲关
实验12：探究动能的大小与那些因素有关（1典例+2即时检测） 基础过关（21）
实验13：探究重力势能的大小与那些因素有关（1典例+2即时检测） 能力提升（21）
实验14：探究杠杆的平衡条件（1典例+2即时检测） 真题感悟（15题）
实验15：测滑轮组的机械效率（1典例+2即时检测）
实验16：探究斜面的机械效率（1典例+2即时检测）
1. 掌握影响动能的因素，并能利用实验探究动能的大小与那些因素有关；
2. 掌握影响重力势能大小的因素，并能利用实验探究重力势能的大小与那些因素有关；
3. 掌握杠杆的平衡条件，并能利用实验探究杠杆的平衡条件；
4. 掌握机械效率的算法，并利用滑轮组探究其机械效率；
5. 掌握利用实验探究斜面的机械效率；
实验十二 探究动能的大小与那些因素有关
1.提出问题
运动的物体具有动能，能对物体做功。动能的大小与什么因素有关?
2.猜想与假设
物体动能的大小与物体的质量和物体运动的速度有关
3.设计并进行实验
（1）如图1甲所示，让钢球从斜面上滚下，打到小木块上.推动小木块做功，记下木块移动的距离。让同
一个钢球从不同高度滚下，看哪次木块被推得远，说明了什么问题?
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(2)换用质量不同的钢球，如图所示，让它们从同-个高度滚下，看哪个钢球把木块推得远，进而得出结论。
4.分析与论证
运动物体的速度越大，质量越大，动能就越大。
5.交流与评估
（1）控制变量法的应用:探究动能大小与质量的关系时，保持物体的速度不变;探究动能大小与速度的关
系时保持物体的质量不变。
（2）转换法的应用:用木块移动的距离表示小球动能的大小。
（3）通过改变小球在斜面上的高度来改变小球运动的速度。
【典例1】（2023·湖南郴州·统考中考真题）小明通过下面的实验，研究“动能的大小与物体运动的速度有
关”的问题。质量相同的小球，从斜面上不同高度处自由滚下，小球到达水平面时的速度是 的。
（选填“相同”或“不同”）。
（1）实验1将小球从斜面顶端自由滚下（图甲），观察到木块被撞出了一段距离。
（2）实验2将小球从斜面中间自由滚下（图甲乙），观察到木块被撞出的距离比实验1的距离
（选填“短”、“长”或“相等”）由上述实验现象，我们可以得出结论；同一物体， ，动能
越大。
（3）实验3将小球从一光滑斜槽轨道（OAB）O点自由滚下（图丙），依次经过A、B两点到达C点（忽
略空气阻力），设A、B两点的机械能分别为 和 ，则 （选填“>”、“=”或“<”）。
当小球从B点做斜抛运动到达最高点C时，假设小球所受的外力全部消失，则小球将 。
A．沿a轨迹运动 B．沿b轨迹运动
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C．沿c轨迹运动 D．保持静止
【答案】 不同 短 （运动）速度越大 = A
【详解】[1]小球从斜面上不同的高度由静止滚下，由于小球的重力势能不同，则小球到达斜面底端时速度
不同。
（2）[2][3]根据图示可知，实验2中木块被撞的距离比实验1的距离要小一些，两次实验中的小球的质量
相同，滚下的高度不同，高度越低，到达水平面时的速度越小，推动木块移动的距离就越小，动能越小，
所以能得出结论；同一物体，运动速度越大，动能越大。
（3）[4]由于忽略空气阻力，经过A、B两点到达C点的过程中，没有外力对小球做功，则小球的机械能守
恒，即 。
[5]当小球到达C点时，速度为水平向右运动，此时小球所受各个力突然全部消失，根据牛顿第一定律可知，
小球将保持这一状态，所以小球将沿a轨迹运动。
故选A。
【即时检测1】（2021·辽宁大连·统考一模）某同学猜想“动能大小与质量和速度有关”，在探究物体动能
与这两者的关系时，该同学先进行如图所示操作：三辆小车分别从同一斜面的相同高度由静止释放，撞击
水平面上同一木块。
（1）甲、乙、丙三图探究的是小车的动能与 的关系，实验中是通过观察 来比较动能
的大小；
（2）小明设计实验中，用小车释放高度影响小车到达水平面的速度，所以小车的释放高度要“适当”。
那么释放高度过小有什么不足？
（3）若要探究动能与另一个因素的关系时，让同一辆小车从 （选填“相同”或“不同”）的
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高度静止释放，推动木块在水平面上移动；
（4）该小组同学某次记录的部分实验数据如表：
实验次数 1 2 3
2
小车质量m/g 10 30
0
小车释放的高度h/cm 5 5 5
1
木块移动距离s/cm 10 29
8
分析表中数据可以得出的探究结论是 。
【答案】 质量 木块移动的距离 小车的动能过小，撞击木块移动的距离较小，不易于观察
实验现象 不同 在速度相同时，物体质量越大，动能越大
【详解】（1）[1]根据控制变量法由图知，质量不相同小车分别从同一斜面同高度由静止滑下，小车的质
量不同，初速度相同，所以可探究动能与小车的质量的关系。
[2]根据转换法可知，实验中通过小车推动木块移动的距离来反映动能的大小。
（2）[3]小车的释放高度要“适当”，释放高度过小时，小车到达水平面时的速度过小，动能过小，撞击
木块移动的距离较小，不易于观察实验现象。
（3）[4]若要探究动能与速度的关系时，需要控制小车的质量相同，滑下的高度不同，即让同一辆小车从
不同的高度静止释放，推动木块在水平面上移动。
（4）[5]根据表格中的数据可知，小车滑下的高度相同，到达水平面时的速度相同，小车的质量越大，推
动木块移动的距离越大，则小车的动能越大，故结论为：在速度相同时，物体质量越大，动能越大。
【即时检测2】（2022·山东威海·统考一模）如图是某同学探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验装
置示意图。
（1）实验中，他通过比较木块移动距离的远近来判断小球动能的大小，这里运用的科学方法是
，运用的物理知识（或物理原理）是：小球移动的距离越远，克服 越多， 能转化
为内能就越多；
（2）实验时，他将同一小球从斜面的不同高度由静止释放，发现高度越高，木块被推得越远，则可得到
的结论是 ；
（3）若要探究动能大小与质量的关系，实验时要改变小球的质量，并控制 （填物理量名称）
保持不变。
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【答案】 转换法 摩擦力做功 动 质量相同时，物体的速度越大，物体的动能就越大
速度
【详解】（1）[1][2][3]比较木块移动距离的远近来判断小球动能的大小，属于转换法；小球和木块在水平
面运动时，小球和木块受到水平面的摩擦力作用，由于摩擦力与物体运动方向相反，则要克服摩擦力做功，
将自身的动能转化成内能。
（2）[4]同一小球从同一斜面释放时，距离水平面的高度越高，小球到达斜面底的速度就越大，小球的动
能就越大，碰撞时，小球对木块做的功就越大，木块移动的距离就越远，所以得到的结论是：质量相同时，
物体的速度越大，物体的动能就越大。
（3）[5]探究动能大小与质量的关系时，要改变小球的质量，并控制小球的速度不变。
实验十三 探究重力势能的大小与那些因素有关
1.提出问题
被举高的物体具有重力势能，能对物体做功。重力势能的大小与什么因素有关?
2.猜想与假设
物体重力势能的大小与物体的质量和物体所处的高度有关。
3.设计并进行实验
（1）让同一重物从不同高度自由下落，冲击小方桌(小方桌的桌腿是四根钉，并放置在沙箱的沙面上)。
如图 1所示.比较小方桌下陷的深度，进而推断重物具有的重力势能与重物所在高度的关系。
（2）让不同质量的重物从同一高度自由落下，冲击小方桌，如图2 所示，比较小方桌下陷的深度，进而
推断重物具有的重力势能与重物质量的关系。
4. 分析与论证
物体所处的高度越高，质量越大，重力势能越大。
5. 交流与评估
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（1）控制变量法的应用:探究重力势能大小与质量的关系时，保持物体的竖直高度不变:探究重力势能大
小与竖直高度关系时，保持物体的质量不变。
（2）转换法的应用:用桌腿陷入沙中的深度表示重力势能的大小。
（3）所选择的沙子要松软，便于使桌腿陷人沙中，方便比较重力势能的大小
【典例2】（2015·湖南衡阳·中考真题）某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物
体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关．于是设计了如图所示的实验：用大小、形状
相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B球质量为2m，让A、B两球从距沙表
面高H静止下落，C球从距沙表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，
最后从管道下端竖直地落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）．实验测得A、B两球陷入沙深度分
别为h 和h，C、D两球陷入沙深度均为h，且h＜h＜h．
1 2 3 1 2 3
（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过 来反映的．
（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当下落高度一定时，
．
（3）比较 两球，发现C球陷入沙中深度更大，由此可得出结论：当物体质量相同时，下落的高度越
高，物体的重力势能越大．
（4）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能
与物体运动的路径 （选填：“有关”或“无关”）．
（5）小球在下列过程陷入沙面前，将重力势能转化为 能，陷入沙中后到小球静止过程中，将机械能
转化为 能．
【答案】 铅球陷入沙子的深度 质量越大，重力势能越大 A 、C 无关 动能
内
【详解】试题分析：（1）重力势能的大小是用铅球陷入沙子的深度来反映的，陷得越深，则铅球的重力
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势能越大．（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当下落高度一定时，质量
越大，重力势能越大．（3）研究高度对重力势能的影响应选择质量相同、高度不同的球进行比较，所以
比较A、C两球．（4）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：
物体的重力势能与物体运动的路径无关．（5）小球在陷入沙面前，将重力势能转化为动能，陷入沙中后
到小球静止过程中，将机械能转化为内能．
【考点定位】影响重力势能大小的因素
【即时检测1】（2023·江苏常州·校考模拟预测）在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，已
知重物A、B、C的底面积相同，质量关系为m ＝m ＜m ，三个完全相同的木桩和三个从不同高度处释放
A B C
时的重物位置如图甲所示，木桩被打击后陷入沙中的情形如图乙所示，重物B、C将木桩打入沙中的深度
相同；
（1）让重物自由下落打击在木桩上，通过观察木桩陷入沙中的深度判断 （选填“重物”“木桩”）
的重力势能大小，这种研究方法是 （选填“控制变量法”或“转换法”）；
（2）比较 两个重物将木桩打入沙中的深度，可判断重力势能的大小和高度的关系，得出的结论是：
在 一定时，物体的高度越 ，重力势能越大；
（3）结合（2）中的实验结论，通过比较B和C两个重物将木桩打入沙中的深度，我们 （选填
“能”或“不能”）得出物体的重力势能与其质量有关的结论。
【答案】 重物 转换法 A、B 质量 高 能
【详解】（1）[1][2]让重物自由下落打击在木桩上，通过观察木桩陷入沙中的深度判断重物的重力势能大
小，运用了转换法；
（2）[3][4][5]由图可知：A、B的质量是相同的，物块B的高度大于A的高度，B撞击木桩的深度大于A
撞击木桩的深度，所以结论为：物体的质量一定时，物体的高度越大，具有的重力势能就越大；
（3）[6]若B和C的质量相同，B的高度大于C的高度，则由（2）中结论可知，B的重力势能大于C的重
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力势能，而此时木桩陷入沙中的深度相同，重力势能是相同的，B与C的质量不同，则说明重力势能还与
质量有关。所以能得出结论。
【即时检测2】（2022·安徽合肥·合肥38中统考一模）小明探究“重力势能与重物质量和下落高度的关
系”，如图所示，重物质量m＜M，让重物自由下落到平放在细沙表面的小桌上，通过观察桌腿下陷的深
度判断重物的重力势能大小；
（1）由实验步骤 ，可判断重力势能的大小和重物下落高度的关系；
（2）小明认为由实验步骤B和C，可判断重力势能的大小和重物质量的关系，该观点错误，理由是
。
实验步
A B C
骤
具体操
作
实验现
象
【答案】 AC 未控制物体下落的高度相同
【详解】（1）[1]研究重力势能大小和高度的关系时，保证质量不变，改变重物的高度，选择步骤AC。
（2）[2]小明认为由实验步骤B和C，可判断重力势能的大小和重物质量的关系，是错误的，实验中，需
要控制物体下落的高度相同，由于B、C步骤中重物的质量不同，高度也不同，未控制物体下落的高度相
同。
实验十四 探究杠杆的平衡条件
1.专项点拨
（1）杠杆平衡条件为FL=FL，实验结论为定量关系，因此在实验设计中应合理设计实验步骤，对动力、
1 1 2 2
阻力、动力臂、阻力臂进行测量。
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（2）测量动力阻力时常采用固定质量的钩码，通过悬挂钩码的个数表示动力、阻力的大小。也可选用弹
簧测力计等工具进行直接测量，但要注意力与力臂垂直。
（3）在测量力臂时，为方便测量，应调节杠杆在水平位置平衡，此时悬挂钩码的动力阻力竖直向下，水
平杠杆与力臂重合，可通过杠杆刻度直接得出力臂大小。
2. 注意事项
（1）在设置杠杆时，将支点设置在杠杆中心位置，可平衡掉杠杆自重影响，方便得出结论。
（2）使用弹簧测力计时，若力与力臂不垂直，则力臂较小测得的力较大。
（2）在实验过程中要多次改变动力、阻力、动力臂、阻力臂，让实验结论具有普遍性。
【典例3】（2023·辽宁阜新·统考中考真题）小新利用如图所示实验装置进行“探究杠杆的平衡条件”实验。
（1）如图甲所示已静止的杠杆，将平衡螺母向 调节，使其在水平位置平衡；
（2）多次改变钩码的个数和位置，并使杠杆在水平位置平衡（如图乙所示），得到如下实验数据。分析
数据可总结出杠杆的平衡条件是 ；
次
动力F/N 动力臂l/cm 阻力F/N 阻力臂l/cm
数 1 1 2 2
1 1.0 10 0.5 20
2 1.5 10 1.0 15
3 2.0 15 1.5 20
（3）实验中多次改变力和力臂的大小，目的是 ；
（4）如图丙所示的剪刀属于 杠杆，工人师傅用该剪刀修剪树枝时，应把树枝放在剪刀的
位置，树枝最容易被剪断（选填“A”“B”或“C”）。
【答案】 左 动力×动力臂=阻力×阻力臂（或 ） 寻找普遍规律（避免偶然性）
省力 C
【详解】（1）[1]杠杆如图甲所示，右端向下倾斜，则重心应向左移动，故应向左调节平衡螺母，使杠杆
处于水平位置平衡。
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（2）[2]根据表格中的实验数据，第1组数据，
第2组数据，
第3组数据，
由以上分析可得：杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂，写成公式 。
（3）[3]在探究过程中，需要进行多次实验的目的是：避免实验数据太少得到的结论具有偶然性，寻找普
遍规律。
（4）[4][5]如图丙所示的剪刀，在使用过程中，动力臂大于阻力臂，根据杠杆平衡条件可知，动力小于阻
力，所以属于省力杠杆；为了树枝更容易被剪断，应尽量减小阻力臂，所以应把树枝放在距离支点较近的
C位置。
【即时检测1】（2023·云南昭通·统考二模）如图所示，探究小组利用铁架台、带有刻度的杠杆，细线、若
干相同钩码、弹簧测力计等实验器材探究杠杆的平衡条件。
（1）在挂钩码前，小组发现杠杆左端高右端低（如图甲），应将杠杆两端的平衡螺母向 （选填
“左”或“右”）端调节，使杠杆在水平位置平衡，实验中将杠杆调节到水平位置平衡，这样做的目的是
；
（2）接着小组在杠杆的两侧挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆重新在水平位置平衡（如图
乙）。若在A、B下方再增挂一个相同的钩码，则杠杆 （选填“仍在水平位置平衡”、“沿顺时针
方向转动”或“逆时针方向转动”）；
（3）如图丙是已经调节平衡的杠杆，用弹簧测力计在杠杆C处竖直向上拉，在A处挂上适当的钩码，使
杠杆在水平位置平衡，则A处挂的钩码为 个；（每个钩码质量50g）
（4）该小组同学根据图乙实验结果，马上总结结论：杠杆平衡条件是：FL=FL，你认为这样的探究方
1 1 2 2
法 （选填“合理”或“不合理”）；
（5）如图丁，工人在使用扳手时，在扳手手柄上加了一个长套筒，通过实验，小华明白这是通过
的办法省力，图中工人沿不同方向施力均能把螺丝拧起，则F （选填“大于”、“小于”或“等
a
于”）F，原因是 。
b
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【答案】 左 消除杠杆自身重力对实验的影响，方便的读出力臂 逆时针方向转动 4
不合理 增大力臂 小于 F 的力臂大于F 的力臂，阻力和阻力臂不变
a b
【详解】（1）[1]如图甲，杠杆的左端上翘，要使杠杆在水平位置平衡，平衡螺母向上翘的左端移动。
[2]为了消除杠杆自身重力对实验的影响，并能方便的读出力臂，实验前应调节平衡螺母，使杠杆在水平位
置平衡。
（2）[3]设杠杆的一个小格为 ，一个钩码的重力为 ，分别加挂一个相同的钩码后，左边=5G×3L，右边
=7G×2L，左边 右边，所以，杠杆不能平衡，杠杆右端上升，左端下沉，即杠杆逆时针方向转动。
（3）[4]每个钩码质量 ，其重力为
图中弹簧测力计的分度值为 ，弹簧测力计的示数为 ；设杠杆的一个小格为 ，用弹簧测力计在杠
杆 处竖直向上拉，故动力臂为 ，根据杠杆平衡条件可得， ，故n=4。
（4）[5]只根据一组数据得出的结论有偶然性，为得出普遍性的规律，要进行多次实验。该小组同学根据
图乙实验结果，马上总结结论：杠杆平衡条件是： ，这样的探究方法不合理。
（5）[6][7][8]根据杠杆平衡原理可知，阻力和阻力臂不变时，增大动力臂可以减小动力，在扳手手柄上加
了一个长套筒，就是通过增大力臂来达到省力的效果。分别作出 、 的力臂可知， 的力臂大于 的
力臂，阻力和阻力臂不变，所以 小于 。
【即时检测2】（2023·吉林·校联考二模）在“探究杠杆平衡条件”的实验中所用钩码的重力相同：
（1）杠杆没挂钩码时需要向右调节杠杆两端的螺母，才能使杠杆在水平位置平衡，说明调节前杠杆的
（选填“左”或“右”）端高；
（2）小雨通过改变钩码数量并移动钩码位置，使杠杆在水平位置平衡，多做几次实验，将得到的数据填
入表中。分析表中数据，得到杠杆的平衡条件是 （写表达式）；
次
F/N l/cm F/N l/cm
数 1 1 2 2
1 0.5 20 2.0 5
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2 1.0 10 0.5 20
3 1.5 10 3.0 5
（3）如图甲所示，先在杠杆左侧挂4个钩码，后在右侧A处挂3个钩码，根据得到的杠杆平衡条件可以判
断出杠杆的 端会下沉；
（4）小雨想用撬棒撬动地面上的石头，O是撬棒的支点，如图乙所示，为了撬动石头，请在图乙中画出
在B点施加的最小动力F 的示意图 。
1
【答案】 右 Fl=Fl 右
11 22
【详解】（1）[1]杠杆的右端较高，平衡螺母应向右端移动使杠杆在水平位置平衡。
（2）[2]由表格中数据知，动力、动力臂的乘积等于阻力、阻力臂的乘积，可得杠杆平衡条件是Fl=Fl。
11 22
（3）[3]一个钩码的重力为G，设杠杆一个小格代表L，左端Fl=4G×L=4GL
11
右端Fl=3G×2L=6GL，则Fl<Fl，即杠杆不能在水平位置保持平衡，向右端下沉。
22 11 22
（4）[4]如图乙所示，为了撬动石头，最长的动力臂为OB，所以在B点施加的最小动力F 的方向是垂直于
1
OB向下，如图所示：
实验十五 测滑轮组的机械效率
1. 专项点拨
利用滑轮组测定有用功和总功，根据 测定滑轮组的机械效率
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2. 注意事项
（1）实验前，将弹簧测力计指针调零，看清刻度尺的零刻线、量程、分度值。
（2）实验时，要看准最下面的钩码起点及弹簧测力计与绳自由端连接处对准刻度尺的位置。
（3）要沿着竖直方向匀速拉动弹簧测力计。
（4）绳端移动的距离和钩码上升的高度，只测量其中的一个量也可以，另一个量可以利用公式 s=nh进行
计算
【典例4】（2022·江苏南通·统考中考真题）用图甲滑轮组做“探究动滑轮的重对滑轮组机械效率的影响”
实验。实验中把不同的磁铁吸附在动滑轮边框上以改变滑轮的重，每次实验都匀速拉动绳端使物体上升
10cm。不计绳重，实验数据如表。
G G
次数 F/N η/%
/N /N
物 动
1 6.0 0.3 2.2 90.9
2 6.0 1.0
3 6.0 1.9 2.9 69.0
4 6.0 3.2 3.4 58.8
（1）每次实验绳端移动距离为 cm；
（2）第2次实验中拉力F的示数如图乙，读数为 N，第2次实验滑轮组的机械效率为 %。分
析数据可知：在物重不变的情况下，动滑轮越重滑轮组的机械效率越 ；
（3）实验中若仅增大绳端移动的距离，则滑轮组的机械效率将 ；
（4）本实验中，在物重不变的情况下，动滑轮变重时，由摩擦引起的额外功占总额外功的比例
（选填“变大”“变小”或“不变”）。
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【答案】 30 2.5 80 低 不变 变小
【详解】（1）[1]从图甲可以看出，绳子承重股数为n=3，因此绳端移动距离为
（2）[2]测力计的分度值为0.1N，从图乙看出，其读数为2.5N。
[3]第2次实验中，滑轮组的机械效率为
[4]分析数据可知，在物重不变的情况下，从实验1至实验4，动滑轮的重力逐渐变大，滑轮组的机械效率
逐渐变小，故动滑轮越重滑轮组的机械效率越低。
（3）[5]实验中若仅增大绳端移动的距离，根据
可知，滑轮组的机械效率将不变。
（4）[6]四次实验中，物体上升的高度为
有用功为
第1次实验中，克服动滑轮的重力所做的额外功
总功为
摩擦引起的额外功为
摩擦引起的额外功占总额外功的比例为
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第3次实验中，克服动滑轮的重力所做的额外功
总功为
摩擦引起的额外功为
摩擦引起的额外功占总额外功的比例为
第4次实验中，克服动滑轮的重力所做的额外功
总功为
摩擦引起的额外功为
摩擦引起的额外功占总额外功的比例为
由此可知，在物重不变的情况下，动滑轮变重时，由摩擦引起的额外功占总额外功的比例变小。
【即时检测1】（2023·四川成都·校考模拟预测）如图所示，在“测量滑轮组机械效率”的实验中，小明利
用同一滑轮组进行了多次实验，每个钩码质量为200g，相同质量的钩码数量足够多。他的实验规范操作正
确，测得的实验数据如表：
次
钩码质量/g 钩码上升距离/cm 弹簧测力计示数/N 绳端移动距离/cm 机械效率
数
1 200 10 0.8 30
2 800 10 30
3
（1）第2次实验时，弹簧测力计示数如图乙所示，则滑轮组的机械效率约为 （保留1位小数）；
（2）分析数据可得结论：使用同一滑轮组，滑轮组的机械效率与物重的关系可能比较符合的图是 ；
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A． B． C． D．
（3）如果继续增加挂在该滑轮组下钩码的个数，仍利用原有的实验器材进行实验（已知实验中所用细绳
能够承担的最大拉力是20N，绳重和滑轮的摩擦可忽略不计）以测得该滑轮组的机械效率最大值约为
（保留1位小数）；
（4）与小明同组的小白同学利用相同的实验器材，测得提升一个200g钩码的机械效率为70%，你认为造
成他与小明测得的机械效率（η=83.3%）不同的原因是 。
【答案】 95.2% B 99.3% 弹簧测力计示数读大了
【详解】（1）[1]由图示测力计可知，其分度值为0.2N，示数为2.8N；根据表中实验数据可知，第2次测
量时滑轮组的机械效率
（2）[2]动滑轮的重力不可忽略，则克服动滑轮的重和绳与滑轮间的摩擦所做的功为额外功，从摩擦角度
考虑，随着物体重力的增加，滑轮与绳子间摩擦会一定程度增大；同时，物重增大，有用功逐渐增大，有
用功占总功的比值在增大，所以机械效率逐渐增大，但由于摩擦也在增大，故机械效率η与物体重力G的
关系并不成正比，故滑轮组的机械效率与物重的关系可能比较符合的图是B，综上分析知，故B符合题意，
ACD不符合题意。
故选B。
（3）[3]由图可知，承重绳子股数 ，根据表格数据可得动滑轮的重力
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已知实验中所用细绳能够承担的最大拉力是20N，绳重和滑轮的摩擦可忽略不计，根据公式，
得出最大物重
测得该滑轮组的机械效率最大值约为
（4）[4]与小明同组的小白同学利用相同的实验器材，测得提升一个200g钩码的机械效率为 ，你认为
造成他与小明测得的机械效率 不同的原因是弹簧测力计示数读大了。
【即时检测2】（2023·黑龙江·模拟预测）提高滑轮组的机械效率，能够更充分地发挥滑轮组的作用。于是
物理小组成员打算通过测量滑轮组的机械效率，来探索提高滑轮组机械效率的方法。实验装置如图。（每
个动滑轮重相同，忽略摩擦及绳重）
滑轮 钩码 钩码上升高 弹簧测力计示 绳子自由端移动距 总 机械效率
组 重/N 度/m 数/N 离/m 功/J η
a 1 0.1 0.1 0.4 0.3 0.12 83.3%
b 2 0.1 0.2 0.75 0.3 0.225 88.9%
c 2 0.1 0.2 0.6
（1）实验中应 拉动弹簧测力计；
（2）请你将小组成员设计的实验记录表及收集和处理的数据补充完整；
（3）比较a、b两组的机械效率，可知在使用同一滑轮组提升不同重物时，提升的重物越重，滑轮组的机
械效率越 ；
（4）通过比较b、c两组的机械效率，同学们知道了：若提升相同的重物，可采用 的方法来提高滑
轮组的机械效率。
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【答案】 匀速 0.4 0.24 83.3% 大 减少动滑轮个数
【详解】（1）[4]测量滑轮组的机械效率时，一定要匀速向上拉动。否则，弹簧测力计的示数不稳定，测
量不准确。
（2）[1]由图c可知，绳子的段数为4段，绳子自由端移动距离
[2]拉力做的总功
[3]做的有用功
滑轮组的机械效率
（3）[5]比较a、b两组的机械效率可知，同一滑轮组提升重力不相同的物体，物体被提升的距离相等时，
重力越大，滑轮组的机械效率越大。
（4）[6]通过比较b、c两组的机械效率可知，在提升重物相同时，动滑轮的个数越多，所做的额外功越多，
滑轮组的机械效率越低，因此若提升相同的重物，可采用减少动滑轮个数的方法来提高滑轮组的机械效率。
实验十六 探究斜面的机械效率
1. 专项点拨
斜面的机校率 ，在实验中需要测得物块的质量或重力，斜面竖直高度h，沿斜
面拉力的大小F，以及沿斜面移动的距离s。
1.探究斜面机械效率的大小与斜面倾斜程度的关系，(控制斜面的粗糙程度与物体的重力相同，改变斜面
的倾斜程度)
2.探究斜面机械效率的大小与物体重力的关系(控制斜面的粗糙程度与倾斜程度相同，改变物体重力的大
小)
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3.探究斜面机械效率的大小与斜面粗糙程度的关系(控制斜面的倾斜程度与物体的重力相同，改变斜面的
粗糙程度)
2. 注意事项
（1）弹簧测力计使用时应沿斜面向上匀速拉动物体。
（2）需要绘制实验表格，计算功和机械效率，分析实验数据，总结影响斜面机械效率的因素。
（3）增大斜面倾角的操作：将木板下的木块向较窄边移动。
3. 同类变式
部分实验探究斜面是否省功，其操作过程与探究斜面的机械效率类似，同样测量并计算有用功与总功，
比较二者数值大小即可。
【典例5】（2022·广东广州·校考二模）如图甲所示，小明用沿斜面方向的拉力F，拉着物块A在斜面B上
做匀速直线运动，忽略空气阻力。
（1）在图乙处画出物体A在斜面上匀速运动时受力的示意图；
（2）以下能反映物块A的某些物理量随时间变化的关系正确的有 ；
（3）用受力图中的字母及图甲中的相关距离来表示输入、输出的能量，填入图丙能流图。
（4）判断物块A所受重力和支持力大小是否相等？ 。判断拉力F与木块受到的摩擦力f谁大？
（选填“F大”、“f大”或“相等”）
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【答案】 C 不相等 F大
【详解】（1）[1]拉着物块A在斜面B上做匀速直线运动，物体受到竖直向下的重力、垂直于斜面向上支
持力、沿斜面向上的拉力和沿斜面向下的摩擦力，这四个力都作用在物块A的重心上，如图所示
（2）[2] A．物体沿斜面向上做匀速运动，根据s＝vt可知，路程与时间成正比，故A错误；
BCD．物体沿斜面向上做匀速运动，质量不变，速度不变，动能不变；质量不变，高度变大，重力势能变
大；机械能为动能和势能的和，所以机械能变大，故C正确，BD错误。
故选C。
（3）[3]拉着物块A在斜面B上做匀速直线运动的过程中，拉力所做的功为总功，总功为W ＝FL；提升
总
物块所做的功为有用功，有用功为W ＝Gh；克服摩擦力所做的功为额外功，额外功为W ＝fL，如图所
有 额
示
（4）[4]A在斜面上，A对斜面的压力要小于自身的重力；根据物体间力的作用是相互的，斜面对A的支
持力与A对斜面的压力相同，所以斜面对A的支持力要小于A的重力；
[5]拉着物块A在斜面B上做匀速直线运动的过程中，物体在拉力、摩擦力的方向上移动的距离相同，拉力
所做的总功要大于摩擦力所做的额外功，跟W＝FL可知，拉力大于摩擦力。
【即时检测1】（2022·江苏无锡·统考一模）如图甲所示，小明乘坐汽车沿盘山公路上山，发现车子爬坡的
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困难程度受坡度大小影响；如图乙所示，小明看到工人利用斜面搬运货物时，人的作用力受斜面的粗糙程
度影响，为此，小明想探究斜面的机械效率与哪些因素有关。他猜想，斜面的机械效率可能与：
猜想1：斜面的倾斜程度有关。
猜想2：斜面的粗糙程度有关。
猜想3：斜面的长度有关。
小明设计了如图丙所示的实验方案并进行探究。如表是他记录的实验数据，表中1、3两次实验所用斜面粗
糙程度相同的，每次实验物体在斜面上都做匀速直线运动。
实验 斜面的倾 斜面的粗糙程 物重 斜面高度 沿斜面拉力 斜面长 机械效率
次数 角 度 G/N h/m F/N s/m η/%
1 37° 粗糙 2 0.6 1.7 1
2 37° 较光滑 2 0.6 1.4 1 85.7
3 45° 粗糙 2 0.6 1.8 0.85 78.4
（1）除如图丙所示的器材外，还需要的实验器材有 ：请你在表中的空格处填上适当的数据
；
（2）对比1、2两次实验数据，可以验证猜想 （填字母）；对比1、3两次实验数据，可以得
出结论： ：1、3两次实验物体与斜面间的摩擦力 （选填“相等”或“不相等”）；
（3）小明找来一张三角形的纸，自制成一个“模拟钻头”，如图丁所示，慢慢地展开这张纸，原来是一
个三角形的斜面。根据 （选填实验次数的序号）两次实验数据得出的结论，可推测图丁中钻
头 （选填“A”“B”）更省力。
【答案】 刻度尺、量角器 70.6 2 见详解 不相等 1、3 B
【详解】（1）[1]小明想探究斜面的机械效率与哪些因素有关中，需要测量拉力、斜面的倾角、斜面的高
度，则除了丙图中器材外，还需要刻度尺、量角器。[2]第1次实验的机械效率为
（2）[3]对比1、2两次实验数据，斜面的倾角和斜面长相同，斜面的粗糙程度不同，根据控制变量法，可
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以验证猜想效率与猜想2斜面的粗糙程度的关系。
[4]对比1、3两次实验数据，在斜面的粗糙程度、物重和高度相同时，斜面越长，效率越低。
[5]斜面的所做的额外功主要是克服摩擦力所做的功，则1、3两次实验中摩擦力分别为
故1、3两次实验物体与斜面间的摩擦力不相等。
（3）[6][7]根据1、3两次实验可知，斜面越长，拉力越小，越省力，故根据猜想3可以推断B钻头更省力。
【即时检测2】（2022·陕西西安·校考模拟预测）小明骑自行车时发现，骑车上陡坡要吃力些。坡路和斜面
相似，那么斜面的省力情况与哪些因素有关呢？
小明做了如下猜想：
猜想1：与斜面的表面材料有关。
猜想2：与斜面的倾斜程度有关。
猜想3：与物体受到的重力大小有关。
为验证上述猜想，小明利用如图甲所示的装置进行了实验，实验中用沿斜面向上的拉力F拉动物体在斜面
上做匀速直线运动。实验中相关的记录如表。（使用斜面的省力情况可以通过比较沿斜面的拉力F与物体
所受的重力G的比值大小来判定，比值越小，越省力）
实验序号 1 2 3 4 5 6 7
斜面倾角 θ θ θ θ θ θ（θ＞θ） θ（θ＞θ）
1 1 2 2 1
斜面的表面材
木板 棉布 毛巾 木板 木板 木板 木板
料
物块重G/N 2.0 2.0 2.0 4.0 6.0 2.0 2.0
沿斜面拉力F/N 1.35 1.43 1.52 2.70 4.05 1.52 1.70
（1）通过对比 （填写实验序
号）三次实验中的数据可知，使用斜面省力的情况与斜面的表面材料有关；
（2）通过对比1、6、7三次实验中的数据，得出的结论是：在其他条件相同时，斜面倾角越 ，斜面
越省力；
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（3）为验证猜想3，小明做了 （填写实验序号）三次实验，分析实验数据后，小明认为这几次实验
省力情况相同的依据是 ；
（4）下列探究所采用的方法与本实验的主要研究方法相同的是 。
A．探究平面镜成像的实验中，用没有点燃的蜡烛来替代点燃的蜡烛的像
B．探究滑动摩擦力大小与接触面的粗糙程度的关系时要控制压力相同
C．为了形象地描述磁场引入磁感线
D．用水流类比电流来建立电流的概念
（5）如图乙所示，将同一物体分别沿光滑的斜面AB、AC从底部匀速拉到顶点A，已知AB＞AC，施加的
力分别为F，、F，拉力做的功分别为W，W，则力F F，拉力做的功W W。（均选填
1 2 1 2 1 2 1 2
“＞”、“＜”或“＝”）
【答案】 1、2、3 小 1、4、5 见解析 B ＜ =
【详解】（1）[1]探究斜面省力的情况与斜面的表面材料的关系，需要控制物块重、斜面倾角相同，表面
材料不同，所以应该对比1、2、3的数据。
（2）[2]对比1、6、7三次实验中的数据可以看出，在斜面的表面材料、物重相同的情况下，倾角越小，
拉力越小，因此得出的结论是：在其他条件相同时，斜面的倾斜程度越小，提升物体越省力。
（3）[3][4]探究斜面省力的情况与物体受到的重力大小有关时，根据控制变量法可知，实验中需要控制倾
角相同、表面材料相同，物体的重力不同，所以需要对比1、4、5三次实验；根据1、4、5的实验数据可
知，物体的重力变为原来的几倍，拉力也会变为原来的几倍，即沿斜面的拉力F与物体的重力G的比值大
小相等。
（4）[5]本实验中采用了控制变量法来探究斜面的省力情况与哪些因素有关。
A．探究平面镜成像的实验中，用没有点燃的蜡烛来替代点燃的蜡烛的像，用到等效替代法，故A不符合
题意。
B．探究滑动摩擦力大小与接触面的粗糙程度的关系时要控制压力相同，运用的是控制变量法，故B符合
题意。
C．为了形象地描述磁场，引入磁感线，是运用了模型法，故C不符合题意。
D．用水流类比电流，采用的是类比法，故D不符合题意。
故选B。
（5）[6]由图可知，斜面AB的倾角小于斜面AC的倾角，所以物体沿AB运动时拉力较小，即F＜F
1 2
[7]斜面光滑，所以沿斜面拉物体时不做额外功，即拉力做功等于有用功，而物重和上升高度均相同，则有
用功相同，所以拉力在两斜面上做功相同，即W=W
1 2
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1．如图，在探究“阻力对物体运动的影响”实验中，在水平桌面上分别铺上粗糙程度不同的木板、棉布、
毛巾，让小车自斜面顶端从静止开始滑下，在小车停下的位置分别做上标记。
（1）每次实验都要让小车从相同高度滑下，是为了让小车到达斜面底部时， 相同，这里使用
的科学方法是 ；
（2）分析图中3次实验不同位置的标记，标记③是小车在 （选填“木板”、“棉布”或“毛
巾”）表面上停下的位置；
（3）由实验现象我们可以推断：假如表面绝对光滑，水平面上运动的物体在水平方向上不受力时，它将
一直做 运动；
（4）若增加一个木块，本实验装置还可以用来探究“重力势能、动能与哪些因素有关”实验，让同一小
车从不同高度处滑下并撞击平面上的木块，则不仅可以探究小车的重力势能与 的关系，还可
以探究小车的动能与 的关系。
【答案】 速度 控制变量法 木板 匀速直线 高度 速度
【详解】（1）[1][2]为了防止其他因素对实验造成干扰，我们需要采用控制变量法。本实验中控制小车到
达水平面时速度相同的操作是让小车从相同高度静止滑下。
（2）[3]接触面的粗糙程度越小，小车运动的越远，标记③是小车在木板面上停下的位置。
（3）[4]由牛顿第一定律可知，一切物体在不受力时会保持静止或匀速直线运动。由实验现象我们可以推
断：假如表面绝对光滑，水平面上运动的物体在水平方向上不受力时，它将一直做匀速直线运动。
（4）[5][6]若增加一个木块，本实验装置还可以用来探究“重力势能、动能与哪些因素有关”实验，让同
一小车从不同高度处由静止滑下并撞击平面上的木块，小车到达底部的速度不同，木块被撞击运动的距离
不同，说明小车在不同高度的重力势能不同，则不仅可以探究小车的重力势能与高度的关系，还可以探究
小车的动能与速度的关系。
2．兴趣小组的同学认为车祸的危害程度与汽车的动能大小有关，于是他们进行了如下探究：
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（1）提出问题：汽车的动能大小跟什么因素有关？
（2）猜想假设：由“十次车祸九次快”可猜想：汽车的动能可能跟 有关；由“安全驾驶莫超载”
可猜想：汽车的动能可能跟 有关。
（3）进行实验：他们做了如图所示的三次实验：用金属球模拟汽车，让金属球从斜槽的某一高度由静止
开始滚下，碰到水平面上的物块，将物块撞出一段距离。实验中超载、超速带来的危害程度是通过
来表现的，使用的物理方法是： （选填“控制变量法”或“转换法”）；
（4）分析论证：分析甲、丙两图的实验现象，可以初步得到的结论是： ；
（5）实践应用：用甲、乙两图的实验现象所得到的结论，可以解释汽车 （选填“超载”或“超
速”）行驶时危险性大的原因。
【答案】 速度 质量 木块被推动的距离 转换法 当质量一定时，速度越大，动能
越大 超载
【详解】（2）[1]“十次车祸九次快”指的是汽车的动能与速度有关。
[2]“安全驾驶莫超载”指的是汽车的动能与质量有关。
（3）[3][4]根据题意知道，实验中让金属球从斜槽的某一高度由静止开始滚下，即控制金属球速度相同，
当碰到水平面上的物块时，由于将物块撞出的距离越远，物块被撞击得越远，说明物块在水平面做的功越
多，那么金属球到达水平面时的动能就越大，所以实验中超载超速带来的危害程度可用木块被推动的距离
来表示，运用了转换法。
（4）[5]分析甲、丙两图的实验可知，质量相同时，金属球的高度越大，即速度越大，木块被推动的距离
越远，由此可知：当质量一定时，速度越大，动能越大。
（5）[6]分析甲、乙两图的实验可知，高度相同时，金属球的质量越大，木块被推动的距离越远，由此可
知：当速度一定时，质量越大，动能越大，这可以解释汽车超载行驶时危险性大的原因。
3．在研究“物体的重力势能跟高度是否有关”时，三个相同的木桩被从空中静止的三个铁块从不同的高
度落下撞击。陷入沙坑的情况如图所示，在此实验中：
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（1）我们是通过观察 来比较各铁块重力势能的大小的；
（2）在准备实验器材的时候，需要三个质量 （选填“相同”或“不同”）的铁块。从图中可以判
断出 （选填“A”、“B”或“C”）铁块具有的重力势能最大；
（3）从实验的结果来看，可以得出的结论是： 。
【答案】 木桩陷入沙坑的深度 相同 B 物体的质量一定时，高度越高，重力势能越大
【详解】（1）[1]图中各铁块重力势能的大小是通过观察木桩陷入沙坑的深度来反映的，因为重力势能越
大，在下落过程中转化成的动能越大，其做功的效果会越明显。
（2）[2]要研究物体的重力势能跟高度是否有关，应控制物体的质量相同，改变物体所处的高度；所以，
在准备实验器材的时候，需要三个质量相同的铁块。
[3]根据图A、B、C可知，B撞击木桩陷入沙坑的深度大，说明B铁块的重力势能最大。
（3）[4]根据控制变量法，从实验的结果来看，可以得出的结论是：物体的质量一定时，高度越高，重力
势能越大。
4．在探究“物体的重力势能与哪些因素有关”，小明选择了有A、B、C三个小球，其质量分别为0.4kg、
0.2kg、0.2kg的钢球和一水平细沙面，他进行的操作如图所示。
（1）实验中，小明可以通过观察比较 来反映重力势能大小；
（2）小明通过比较A、B两球的实验现象，探究 对重力势能的影响，此实验中，小明应控制A、B
两球的 相同；
（3）小明要探究高度对重力势能的影响，他应选择图中的 两球；
（4）小明通过正确的实验操作，得到的实验结论是，物体的重力势能与物体的 有关。
【答案】 钢球陷入细沙中的深度 质量大小 高度 B、C 质量和所处的高度
【详解】（1）[1]实验中，钢球重力势能越大，对外做功越大，落入细沙中陷入的深度越大；由转换法可
知，小明可以通过观察比较钢球陷入细沙中的深度来反映重力势能大小。
（2）[2][3]A、B两球所在的高度相同，质量不同，可以用于探究质量大小对重力势能的影响；由控制变
量法可知，小明应控制A、B两球的高度相同。
（3）[4]小明要探究高度对重力势能的影响，根据控制变量法，他要控制两个小球的质量相同，但高度不
同，所以他应选择图中的B、C两球进行实验。
（4）[5]通过A、B小球的实验，可以得出初步结论：物体的重力势能与物体的质量有关；通过B、C小球
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的实验，可以得出初步结论：物体的重力势能与物体的高度有关，综上得到的实验结论是：物体的重力势
能与物体的质量和所处的高度有关。
5．某实验小组利用如图装置“探究杠杆平衡条件”。
（1）挂钩码前，杠杆在图甲所示的位置静止，此时杠杆处于 （选填“平衡”或“非平
衡”）状态；要想使杠杆在水平位置平衡，接下来应将杠杆两端的螺母向 （选填“左”或
“右”）侧调节。
（2）实验时，在已调水平位置平衡的杠杆两侧分别挂上不同数量的钩码，移动钩码位置，使杠杆重新在
水平位置平衡，三次实验获得的数据如表所示。分析表格中数据可得杠杆的平衡条件是 。
次
动力F/N 动力臂L/cm 阻力F/N 阻力臂L/cm
数 1 1 2 2
1 1.0 15.0 1.5 10.0
2 1.0 20.0 2.0 10.0
3 2.0 15.0 3.0 10.0
（3）图乙是一个平衡的杠杆，此时若推动右侧钩码的悬线（如图丙所示），就会发现杠杆
（选填“左端下沉”、“仍然平衡”或“右端下沉”）。
（4）在图丁中，弹簧测力计处在图示位置使杠杆在水平位置平衡，此杠杆属于 （选填“省
力”或“费力”）杠杆。若每一个钩码的重力为0.5N，则弹簧测力计的读数为 N。
【答案】 平衡 左 左端下沉 费力 1.5
【详解】（1）[1] [2] 挂钩码前，杠杆在图甲所示的位置静止，此时杠杆处于平衡状态；要想使杠杆在水
平位置平衡，接下来应将杠杆两端的螺母向左侧调节。
（2）[3] 分析表格数据发现，动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积，所以可得杠杆的平衡条件是
（3）[4] 图乙是一个平衡的杠杆，此时杠杆左右两侧受到的拉力与其力臂的乘积相等，若推动右侧钩码的
悬线（如图丙所示），则杠杆右侧受到的拉力不再与杠杆垂直，根据力臂的定义可知右侧拉力的力臂会减
小；由图可知杠杆右侧受到的拉力仍然等于悬挂钩码的重力，保持不变，所以杠杆右侧受到的拉力与其力
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臂的乘积会减小，而杠杆左侧受到的拉力与其力臂的乘积不变，所以杠杆左端下沉。
（4）[5] [6] 在图丁中，弹簧测力计处在图示位置使杠杆在水平位置平衡，测力计对杠杆的拉力为动力，
此时动力臂小于阻力臂，所以此杠杆属于费力杠杆。
若每一个钩码的重力为0.5N，则钩码对杠杆的拉力为
设杠杆一小格长为L，由杠杆的平衡条件可得
解得
所以弹簧测力计的读数为1.5N。
6．小亮利用杠杆做“探究杠杆的平衡条件”实验：
（1）安装好实验装置后，杠杆在图甲所示位置静止，此时杠杆处于 （选填“平衡”或“非平
衡”）状态；为使杠杆在水平位置平衡；应将杠杆的平衡螺母向 （选填”左”或“右”）调节；
使杠杆在水平位置平衡的目的是 ；
（2）实验中，小亮多次调节左端钩码的位置，并移动右侧钩码的位置，如图乙所示，使杠杆保持水平平
衡，记录多组数据，这样做了后，小亮认为实验结论就具有普遍性了，他这样的操作， （填“完
全”或“不完全”）符合实验要求；
（3）保持左侧悬挂钩码的位置和数量不变，调节右侧悬挂钩码的数量和位置，使杠杆始终在水平位置平
衡，记录对应的力F和力臂l大小，绘制成图像如图丙所示。图像中每个点与两坐标轴围成的方形面积
（选填“相等”或“不相等”）；
（4）如图丁所示，已知每个钩码的质量均为50g，用弹簧测力计在B点向下拉杠杆，实验中始终保持杠杆
在水平位置平衡，当弹簧测力计在a位置竖直向下拉时，测力计的示数为 N；弹簧测力计由图中a
位置移至b位置时，其示数将 （填“变大”、“不变”或“变小”）。（g取10N/kg）
【答案】 平衡 右 便于测量力臂的大小 不完全 相等 0.4 变大
【详解】（1）[1]杠杆保持静止，此时杠杆处于静止状态，受力平衡，达到平衡状态。
[2]如图甲所示，杠杆左端下沉，其右端偏高，应将平衡螺母向上翘的右端移动，使杠杆在水平位置平衡。
[3]挂钩码前，调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡，因杠杆受力在竖直方向上，此时力臂与杠杆重合，便
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于测量力臂的大小。
（2）[4]小亮多次测量只是改变了钩码的位置，即改变了力臂的大小，但没有改变力的大小，因此实验结
论并不具有普遍性，他这样的操作，不完全符合实验要求。
（3）[5]由于此题中的阻力和阻力臂不变，利用图像中任意一组数据都能得出
图像中每个点与两坐标轴围成的方形面积相等，其原因是阻力和阻力臂保持不变，根据杠杆的平衡条件可
知，动力与动力臂的乘积保持不变。
（4）[6]每个钩码的质量为
重力是
设杠杆上一小格的长度为 ，通过杠杆的平衡条件
即
代入公式
解得
[7]保持 点不变，若拉力 向右倾斜时，此时 的力臂变短，杠杆左端的力和力臂不变，可知杠杆右端的
力变大。
7．探究定滑轮和动滑轮的作用。小明用同一个滑轮做了四次实验，前两次按图甲进行，后两次按图乙进
行，并将测得的数据记录在表格中（忽略绳重及摩擦）。
实验序 钩码上升的高度
钩码重 拉力 绳子自由端移动的距离
号
1 1.0 8.0 1.0 8.0
2 2.0 8.0 2.0 8.0
3 1.0 8.0 0.8 16.0
4 2.0 8.0 1.3 16.0
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（1）分析第1、2次的数据，得出的结论是：使用定滑轮不能 ；若第1次实验
中，小明将绳子的自由端分别沿着 或 的方向匀速拉动，则拉力的大小关系为 ；
（2）用图乙进行实验时，一定要沿着 方向匀速拉动绳子自由端。分析数据时发现，使用动滑轮省
力， 距离。若用此动滑轮拉动重 的钩码，拉力的大小应为 N。
【答案】 省力 =/等于 竖直 费 2.8
【详解】（1）[1][2]第1、2次的数据中拉力与钩码重相同，则说明使用定滑轮不能省力，但能改变力的方
向，所以小明将绳子的自由端分别沿着F 或F 的方向匀速拉动，拉力的大小将不变。
1 2
（2）[3][4][5]用图乙进行实验时，一定要沿着竖直方向匀速拉动绳子自由端；分析数据时发现，使用动滑
轮省力但费距离，根据
可得：滑轮的重力G =nF-G =2×0.8N-1N=0.6N
动 物
若要拉动5N的钩码，拉力的大小
8．如图甲是小园用来探究“滑轮组的机械效率与哪些因素有关”的实验，不计绳重和摩擦，则：
（1）如图甲中小园设计出相同的滑轮的不同绕法，更省力的是图 。
（2）小园用甲图的图a进行实验，应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。
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（3）小园实验时若只增加物重，此滑轮组的机械效率将 。
（4）小园多次改变物重，并根据实验数据制成如图乙所示η与物重G 的图像，当物重为3N时，将物体
物
提升0.2m，滑轮组做的有用功是 J；由图像可知，当物重为4N时，此滑轮组的机械效率为 。
【答案】 a 匀速/匀速直线 变大/增大 0.6 80%
【详解】（1）[1]由题意可知，a、b两滑轮组中物体的重力和动滑轮的重力均相等，由图可知，n＝3，n
a b
＝2，不计绳重和摩擦，由
可得绳端的拉力分别为 ，
所以F＜F，即图a更省力。
1 2
（2）[2]实验中应该匀速竖直向上拉动弹簧测力计，此时系统处于平衡状态，测力计示数才等于拉力大小。
（3）[3]用同一滑轮组把不同物体提升到同一高度时，所做额外功相同，若仅增加物重，则增加了有用功，
有用功在总功中所占的比例变大了，故机械效率变大。
（4）[4]当物重为3N时，将物体提升0.2m，滑轮组做的有用功是W ＝Gh＝3N×0.2m＝0.6J
有用
[5]根据图像可知，当物重为3N时，滑轮组的机械效率为75%，不计绳重和摩擦时，根据
可得
故当物重为4N时，此滑轮组的机械效率为
9．某实验小组的同学们在探究“斜面的机械效率”实验时，用弹簧测力计沿斜面向上匀速拉动物块，收
集了下表中的实验数据。
斜面的倾斜程
实验次数 物块重力G/N 斜面高度h/m 拉力F/N 斜面长度s/m 机械效率η
度
1 较缓 5 0.2 2.4 1 41.7%
2 较陡 5 0.5 3.5 1
3 最陡 5 0.7 4.2 1 83.3%
（1）第2次实验中斜面的机械效率为 ；
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（2）分析表中的数据可得出：在其它条件一定时，斜面越陡，机械效率越 （选填“高”或
“低”）。
【答案】 71.4% 高
【详解】（1）[1]根据数据，第2次实验中斜面的机械效率为
（2）[2]根据表格中的数据可知，从第1次实验到第3次实验，在其它条件一定时，即物块重力相同，斜
面长度相同的情况下，斜面越陡，机械效率越高。
10．学完了力学部分以后，有心的小华同学对以下实验进行了比较学习。
（1）在“探究阻力对物体运动的影响”的实验中（如图甲），为了保证小车到达水平面的初速度相同，
应该怎样操作？实验中使用毛巾、木板、玻璃三种不同的表面目的是什么？
（2）在“探究动能的大小与什么因素有关”实验中（如图乙），让小车从斜面的不同高度自由滑下的目
的是什么？这样操作可以探究什么问题？
（3）利用图丙的装置可以完成哪个实验？
【答案】（1）将小车从同一斜面同一高度由静止释放，改变阻力的大小；（2）使小车到达水平面的初速
度不同，探究质量一定，动能的大小与速度的关系；（3）测量斜面的机械效率或 斜面的机械效率与斜面
倾斜程度的关系
【详解】（1）为了使小车在不同水平面运动的初始速度相同，根据控制变量法的要求，应让同一小车从
同一斜面的同一高度滑下，不计斜面的摩擦，小车滑下时重力势能转化为动能，所以下车到达水平面时速
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度相同。实验中设置了三种粗糙程度不同的水平表面，目的是为了让它们的摩擦力不同，这样就可以对小
车产生大小不同的阻力作用。
（2）实验中让同一小车从斜面的不同高度，由静止滑下，小车到达水平面的速度不同，可以探究动能是
否与速度有关。
（3）图丙中用弹簧测力计测量出木块的重力和沿斜面的拉力，用刻度尺测量出斜面的长度和高度，利用
算出斜面的机械效率；改变斜面的倾斜程度，重复上述步骤，探究斜面机械效率与斜面倾斜程度的关系。
1．（2023·广西柳州·统考一模）小明在探究“物体的动能、重力势能大小跟哪些因素有关”的实验中：
（1）如图甲所示，小明利用斜面、钢球、木块等器材进行实验，该实验中物体的动能是指 （选
填“钢球”或“木块”）的动能；实验中通过观察 来反映物体动能的大小；
（2）由甲图可以得出的结论是：在物体质量一定时， 越大，物体的动能越大；
（3）甲图实验中，若水平面绝对光滑，则 （选填“能”或“不能”）完成实验；
（4）甲图实验中，木块在水平面上滑动的过程中，克服摩擦力做功的功率 （选填“变大”、
“变小”或“不变”）；
（5）如图乙所示，有三个实心的、大小相同的铁球A、铁球B和塑料球C，球A、C离沙地高度相同。现
让三个球同时由静止释放，球落到沙地上的状态如图乙中虚线球所示。比较球A、C可得出重力势能大小
与 的关系；比较球A、B可得出重力势能大小与 的关系；
【答案】 钢球 木块移动的距离 速度 不能 变小 质量 高度
【详解】（1）[1][2]如图甲，控制了木块的距离不变，将钢球从不同的高度静止滑下，这是研究钢球的动
能，根据转换法可知，实验中通过观察木块移动的距离来反映钢球动能的大小。
（2）[3]由甲图可知，钢球的质量不变，从不同高度静止滑下，使得钢球到达水平面的速度不同，撞击木
块移动的距离也就不同，动能大小不同，所以可以得到结论，在物体质量一定时，速度越大，物体的动能
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越大。
（3）[4]根据牛顿第一定律可知，若水平面绝对光滑，物体将一直做匀速直线运动，所以，不能完成实验。
（4）[5]如图甲，由于水平面滑动摩擦力作用，木块在水平面上运动时的速度越来越小，木块对水平面的
压力和接触面的粗糙程度保持不变，滑动摩擦力的大小也保持不变，则根据功率 可知，克
服摩擦力做功的功率变小。
（5）[6]比较球A、C可知道，球A、C的质量不同，从相同的高度静止释放，铁球A的质量大，落到沙地
的坑越深，说明重力势能大，可以探究出重力势能大小与质量的关系。
[7]比较球A、B可得，球的质量相同，但静止释放的高度不同，高度高的，落到沙地的坑越深，说明重力
势能大，可以探究出重力势能大小与高度的关系。
2．（2022·辽宁辽阳·统考一模）洋洋同学在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让小车从
斜面上由静止释放，小车下滑后撞击底端的木块。请回答下列问题：
（1）实验时通过观察比较 就可以反映小车动能的大小，如果水平面绝对光滑，这个实验将无法完
成，原因是 ；
（2）同一小车从斜面的不同高度由静止释放，如图甲、乙所示，是探究动能大小与 的关系，得出
的结论是： 。
（3）悦悦同学利用洋洋同学实验时所使用的器材，略做改变来探究“阻力对物体运动的影响”，如图丙
所示，让小车从三个相同的斜面顶端由静止开始滑下，观察小车在不同物体表面运动的距离。由实验现象
得出了：小车在木板表面运动得最远，进而得出了运动的小车受到的阻力 ，向前滑行的距离越远的
结论，洋洋同学认为悦悦的实验设计有个明显的问题是 。
【答案】 木块被推动的距离 见解析 速度 见解析
越小 见解析
【详解】（1）[1]根据转换法可知，实验中通过木块被小车推动的距离来比较动能的大小。
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[2]如果水平面是光滑的，木块运动时不受摩擦力作用，木块受到钢球撞击后将做匀速直线运动，无法通过
木块移动的距离来判定动能的大小。
（2）[3]在甲、乙两图中，使用同一个小车放置在不同的高度，控制了质量一定，改变了速度，所以甲、
乙两图可以探究动能大小与速度的关系。
[4]由图得，小车下滑高度越高，小车到达水平面速度越大，小车推动木块移动的距离越大，得出的结论是：
当物体质量一定时，物体速度越大，动能越大。
（3）[5]根据图像可知，水平表面越光滑，阻力就越小，小车运动的距离就越远。
[6]实验中应使小车从相同的斜面的顶端自由滑下，使小车到达水平面的速度相同。
3．（2023·广东阳江·统考二模）在“探究物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让质量不同的铁球
从斜面的同一高度由静止释放，撞击同一木块，能将木块撞出一段距离，如图1所示。请回答问题：
（1）从同一高度由静止释放的目的是 ，该实验的目的是研究铁球的动能大小与 的关系。若
要探究物体的动能大小与速度的关系，应将同一铁球从 （选填“相同”或“不同”）的高度由静止
释放；
（2）图2是高速公路的限速牌，但是对不同的车型限速却不一样，限制车速实际上是限制车的 （选
填“内能”或“动能”）。
（3）如图3所示是“探究物体重力势能与哪些因素有关”的实验，其中 ，木桩起始位置高
度相同，甲、乙、丙都由静止释放；
①比较图3中A、B两木桩扎入沙坑的深度，可以得出结论：当物体的质量相同时，高度越高，物体的重
力势能 ；
②若图3中B、C两木桩扎入沙坑的深度相同， （选填“能”或“不能”）说明乙、丙的重力势能
相同。
【答案】 使铁球到达水平面时的速度相等 质量 不同 动能 越大 能
【详解】（1）[1][2]实验中，保持铁球在斜面上的高度相同，是为了控制铁球到达下端时具有相同的速度，
研究铁球的动能大小与质量的关系。
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[3] 要探究物体的动能大小与速度的关系，应保持铁球的质量不变，改变铁球到达斜面底时的速度，所以
应将同一铁球从斜面不同的高度由静止释放。
（2）[4]图2中对不同的车型进行限速不同，原因是不同车型质量不同，要想使行驶过程中具有的动能相
同，就要对不同质量的汽车限制不同的速度，限速可以起到减小事故发生时的危害。
（3）①[5]图3的A、B两个木桩让质量相同的物体从不同高度落向打入沙坑中，通过木桩陷入沙中的深度
来反映重力势能的大小，B木桩被打入的深度大，说明乙对木桩做功较多，可以得出结论：当物体的质量
相同时，高度越高，物体的重力势能越大。
②[6]若图3中B、C两物块质量不同，被举高度不同，但两木桩扎入沙坑的深度相同，物体对木桩做的功
相同，所以能说明说明乙、丙的初始的重力势能相同。
4．（2023·山东青岛·统考一模）王哥庄大馒头崂山面塑是崂山地区农村世代相传的手工艺面制品，至今已
有 余年的历史，是青岛当地具有代表性的非物质文化遗产。家住王研庄的学霸小何同学周末帮妈妈做
大馒头时发现：加面的瓢落在刚刚醒发好的面团上，面团上留下了痕迹。小何想到老师在课堂进行的实验，
他利用崂山矿泉水瓶和面团模仿并完成的一系列力学实验，实验步骤和现象被小何同学用简图记录下来，
如图所示。
（1）瓶子放在面团上，面团上就会留下痕迹，说明：力可以改变 ；在方框中画出矿泉水瓶
从空中下落时的受力示意图（用方块代表矿泉水瓶即可）；( )
（2）实验①②对比，可以探究压强与 的关系，想要探究重力势能大小与质量的关系可选择
实验步骤 （写清实验序号即可）进行对比分析；
（3）对比实验②③，可以获得的实验结论是 ；
（4）《民法典》中规定“禁止从建筑物中抛掷物品”，生活中更要杜绝“高空抛物”这种严重危害公共
安全的行为，“高空抛物”危害性大的原因，可通过分析实验步骤 （写清实验序号即可）得
出的结论进行解释。
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【答案】 物体的形状 压力大小 ④⑤ 在压力一定时，受力面积越小，压
力的作用效果越明显 ⑤⑥
【详解】（1）[1]瓶子放在面团上，面团上就会留下痕迹，面团受力形状发生了变化，说明力可以改变物
体的形状。
[2]矿泉水瓶在空中下落时，受到重力和空气阻力的作用，重力G竖直向下，空气阻力f竖直向上，都作用
在物体的重心，且重力大于空气阻力，如下图所示：
（2）[3]实验①②对比，可以看出，受力面积相同，压力不同，故可探究压强与压力大小的关系。
[4]重力势能的大小与质量和高度有关；想要探究重力势能大小与质量的关系应控制高度相同，改变质量大
小，故可选择实验步骤④⑤进行对比分析。
（3）[5]对比实验②③可知，压力相同，受力面积不同，故可以获得的实验结论是：在压力一定时，受力
面积越小，压力的作用效果越明显。
（4）[6]“高空抛物”危害性大的原因是在质量一定时，高度越高，重力势能越大，下落时转化为的动能就
越大，因此，可通过分析实验步骤⑤⑥得出的结论进行解释。
5．（2023·山东烟台·统考一模）小亮利用杠杆做“探究杠杆平衡条件”实验：
（1）实验前应先调节杠杆在水平位置平衡，若出现如图甲所示情况，应将杠杆的平衡螺母向
（选填“左”或“右”）调节；使杠杆在水平位置平衡的目的是 ；
（2）实验中，小亮多次调节左端钩码的位置，并移动右侧钩码的位置，如图乙所示，使杠杆保持水平平
衡，记录多组数据，完成后，小亮认为实验结论就具有普遍性了，他这样的操作， （选填“完
全”或“不完全”）符合实验要求，原因是 ；
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（3）保持左侧悬挂钩码的位置和数量不变，调节右侧悬挂钩码的数量和位置，使杠杆始终在水平位置平
衡，记录对应的力F和力臂l 大小，绘制成图像如图丙所示。图像中每个点与两坐标轴围成的方形面积
1
（选填“相等”或“不相等”）；
（4）如图丁所示，已知每个钩码的质量均为50g，用弹簧测力计在B点向下拉杠杆，实验中始终保持杠杆
在水平位置平衡，当弹簧测力计在a位置竖直向下拉时，测力计的示数为 N；弹簧测力计山图中
a位置移至b位置时，其示数将 （选填“变大”、“不变”或“变小”），出现这一现象的原因
是 ；（g取10N/kg）
（5）在某次实践活动中，另一位同学想用撬棒撬动地面上的石头，O是撬棒的支点，F 是阻力，如图戊
2
所示，为了撬动石头，在C点施加的最小动力F 的方向是 。
1
【答案】 右 便于测量力臂 不完全 只改变了力臂的大小，没有改变力的大小重复实验
相等 0.4 变大 拉力的力臂变短 垂直于OC向下
【详解】（1）[1]如图甲所示情况，表明左边重一些，应将杠杆的平衡螺母向右移动，直到杠杆在水平位
置平衡。
[2]由于实验中作用在杠杆上的力一般为竖直方向，杠杆在水平位置平衡时，力臂与杠杆重合，便于直接在
杠杆上读取力臂。
（2）[3][4]实验中，小亮操作仅改变了力臂的大小，没有对力的大小进行改变，实验结论具有偶然性，所
以并不完全符合实验的要求。
（3）[5]保持左侧悬挂钩码的位置和数量不变，则左侧的力与力臂大小不变，乘积为一个定值，图像中每
个点与两坐标轴围成的方形面积是右侧力与力臂的乘积，根据杠杆平衡条件，应与左侧的力与力臂乘积相
同，故相等。
（4）[6]如图丁所示，假设每格的长度为l，则左侧的力臂为2l，右侧的力臂为5l，根据杠杆平衡条件
可得
测力计的示数为
[7][8]弹簧测力计山图中a位置移至b位置时，右侧的力臂变小，根据杠杆平衡条件可知拉力变大，故其
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示数将变大。
（5）[9]根据杠杆平衡条件，要使力最小，则对应的力臂应最大，如图戊所示，为了撬动石头，在C点施
加的最小动力F 应以OC为力臂，故其方向是垂直于OC向下。
1
6．（2023·湖北武汉·统考模拟预测）我国高铁具有技术先进、安全可靠、价格低、性价比高等特点，是我
国对外的一张名片。在高铁的建设中离不开一种重要的重型机械——高铁架桥机。如图甲所示是一款
SLJ900流动式架桥机，长91.6m，宽7.1m，质量为540t，有64个车轮，能一次安装厢梁质量900t，能完
成提梁，运梁，架梁等工作。
（1）该型号架桥机有64个轮子是为了 ，轮子上有花纹是为了 ；
（2）每个车轮与地面的接触面积为0.05m2，求该架桥机在运梁过程中，车轮对路面的压强；( )
（3）该架桥机在架梁的过程中，先是横梁前伸，跨过两个桥墩，再释放支架。如图乙所示是某次工作时
的示意图，将厢梁运到桥墩A、B之间的正上方时水平静止，架桥机与厢梁整体重心在O点，请画出桥墩
B对架桥机的支持力及其力臂( )若已知支架到后轮第一个轮子水平距离60m，该架桥机与厢梁整体
重心到后轮第一个轮子水平距离为20m，求支架对桥墩的压力。( )
【答案】 增大受力面积，减小压强 增大接触面的粗糙程度，增大摩擦力 4.5×106Pa
4.8×106N
【详解】（1）[1]架桥机有 个轮子，在压力一定时，增大受力面积，从而减小压强；
[2]轮子上的花纹是为了增大接触面的粗糙程度，增大摩擦力。
（2）[3]架桥机的总重力
水平面上压力的大小等于重力大小，则车轮对路面的压强
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（3）[4]该架桥机在架梁的过程中，先是横梁前伸，跨过两个桥墩，再释放支架，此时有顺时针转动的趋
势，支点是后轮右侧第一个轮子，墩 对架桥机的支持力竖直向上，从支点画出支持力的垂线，为其力臂，
如图所示：
[5]架桥机相当于杠杆，根据杠杆平衡条件
可得
则
压力和支持力是相互作用力，大小相等，故压力为
7．（2022·山东菏泽·统考二模）小明利用甲和丙的器材测量滑轮组的机械效率（忽略绳重和摩擦）：
（1）当小明利用图甲装置进行实验时，重物以 的速度匀速上升，则弹簧测力计竖直向上移动的速
度为 m/s；
（2）只改变动滑轮重力，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图乙所示的图像，分析图像
可知被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越 ；
（3）分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为 N；
（4）当甲、丙滑轮组使用相同的动滑轮提升相同的重物时，甲滑轮组的机械效率 丙滑轮组的机械
效率。（选填“大于”“等于”或“小于”）
【答案】 0.3 低 4 等于
【详解】（1）[1]由图可知， ，则弹簧测力计竖直向上移动的速度
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（2）根据图乙可知，被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。
（3）[3]忽略绳重和摩擦，提升物体重力所做的功为有用功，提升物体和动滑轮重力所做的功为总功，所
以，滑轮组的机械效率
由图乙可知， ，
解得：
（4）[4]小红同学分别使用动滑轮重相同的甲、丙滑轮组提升相同的重物时，若忽略绳重及摩擦，则克服
动滑轮重做的功为额外功，额外功相同，做的有用功相同，因此总功相同，由
则甲、丙滑轮组的机械效率相同，甲滑轮组的机械效率等于丙滑轮组的机械效率。
8．（2022·内蒙古乌海·校考一模）如何提高滑轮组机械效率呢？为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率
因素”的实验探究，用到的装置如图，实验数据记录如下表所示：
实验次数 钩码重G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η
1 2 0.1 1.2 0.3 55.60%
2 2 0.2 1.2 0.6 55.60%
3 4 0.1 1.9 0.3 70.20%
4 4 0.1 1.3 0.5 61.50%
（1）实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。
（2）分析表中数据可知：第4次实验是用 （选填“甲”“乙”或“丙”）图所示装置来完成
的。
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（3）通过比较1、2两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与重物上升
高度 （选填“有关”或“无关”）。
（4）通过比较 两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高（填
实验次数的序号）。
（5）通过比较3、4两次实验数据可得出：不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重，机械效率
（选填“越大”“越小”或“不变”）。
（6）根据以上结论和生活经验，你建议能提高滑轮组机械效率的措施有 （多选）
A．减轻动滑轮重 B．增加所提物体重 C．机械加润滑油 D．增加重物上升高度
【答案】 匀速 丙 无关 1、3 越小 ABC
【详解】（1）[1]为了准确测出滑轮组的机械效率，应使弹簧测力计沿竖直方向做匀速直线运动。
（2）[2]根据表格中的数据可知，第4次实验时，钩码上升的高度为0.1m，绳端移动的距离为0.5m，根据
公式s=nh可得
图甲中，绳子的承重段数n=3；图乙中，绳子的承重段数n=3；图甲中，绳子的承重段数n=5，所以第4
1 2 3
次实验是用丙图所示装置来完成的。
（3）[3]通过比较1、2两次实验数据可知，滑轮组和提升物体的重力相同，绳子的承重段数相同，物体上
升高度不同而机械效率相同，所以可以得出结论，使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与
重物上升高度无关。
（4）[4]根据表格中的数据可知，1、3两次实验，钩码上升的高度为0.1m，绳子自由端移动的距离为
0.3m，根据公式s=nh可得
所以它们使用同样的滑轮组，即使用的是甲、乙两图，通过得出的实验数据可知，提升的物体重力越大，
滑轮组的机械效率越高，所以可以得出结论：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高。
（5）[5]通过比较3、4两次实验数据可知，第3次实验使用的是乙图，第4次实验使用的是丙图，它们虽
然提升物体的重力相同，但是第3次的机械效率大于第4次的机械效率，而且由图可知，乙中动滑轮的重
力小于丙中动滑轮的重力，所以可得出结论：不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重，机械效率越大。
（6）[6]A．减轻动滑轮重根据（5）中结论可知，可以提高滑轮组的机械效率；故A符合题意；
B．增加所提物体重根据（4）中结论可知，可以提高滑轮组的机械效率；故B符合题意；
C．滑轮组的机械效率为
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所以机械加润滑油，可以减小绳子端的拉力，根据上式可得，可以提高滑轮组的机械效率；故C符合题意；
D．增加重物上升高度根据（3）中结论，不可以提高滑轮组的机械效率。故D不符合题意。
故选ABC。
9．（2022·黑龙江牡丹江·统考一模）在“测量斜面的机械效率”实验中，小明小组发现斜面的倾斜程度影
响斜面机械效率的大小。为此，小组同学利用如图所示的装置，在不同的倾斜程度下进行了进一步的探究。
（1）实验时，所用斜面的粗糙程度和所拉动的物体应该 （选填“相同”或“不相同”）。通过
改变斜面与 的夹角，来改变斜面的倾斜程度，还要沿着斜面往上 拉动物体；
（2）实验中，需要测量被拉物体的重力G、弹簧测力计对物体的拉力F、物体在斜面上通过的距离s和物
体上升的高度h，可测得斜面机械效率表达式为η＝ （用测量的物理量符号表示），
通过对比可得到斜面的倾斜程度对斜面机械效率的影响关系；
（3）请在图中作出物体受到的G与拉力F的示意图 。
【答案】 相同 水平面 匀速
【详解】（1）[1][2][3]探究“斜面的倾斜程度对斜面机械效率的影响”时，应控制斜面的粗糙程度和物体
相同，改变斜面的倾斜程度是指改变斜面与水平面的夹角；实验中要匀速沿着斜面往上拉动物体，测力计
示数恒定。
（2）[4]对物体做的有用功为W =Gh；拉动物体做的总功为W =Fs，则斜面机械效率为
有用 总
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（3）[5]物体受到重力的方向竖直向下，拉力的方向平行于斜面向上，两个力的作用点在物体的重心，其
示意图如下：
10．（2022·湖南株洲·统考二模）小李用下图装置探究“斜面机械效率”，实验记录如下表：
实验次 机械效率
物体种类 物重G/N 斜面高h/cm 沿斜面拉力F/N 斜面长s/cm
数 /%
1 木块 4 15 1.1 90 60.6%
2 小车 4 15 90
（1）实验时要沿 方向且匀速拉动物体，本实验还需要的测量工具是 ；
（2）根据图中测力计的示数，第二次实验的机械效率为 ％，他由此得出：斜面倾斜程度相同时，
越小，机械效率越大；
（3）第一次实验中，木块受的摩擦力f 1.1N（填“＞、＝、＜”）；
（4）为了使上述结论更可靠一些，他应该 。
【答案】 斜面 刻度尺 95.2% 摩擦力大小 < 保证物重和倾斜程度相同，仅改
变摩擦力的大小多次实验
【详解】（1）[1][2]拉力要克服重力和摩擦力做功，摩擦力方向沿斜面向下，故拉力方向应平行于斜面；
该实验还需测量斜面的长度和高度，故还需要的测量工具是刻度尺。
（2）[3][4]由图可知，第二次弹簧测力计的拉力为0.7N，故斜面的机械效率为
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分析表格数据可知，两次实验物体重量相同，斜面高度相同，但第一次为滑动摩擦，第二次为滚动摩擦，
由于压力和接触面粗糙程度相同时，滚动摩擦力小于滑动摩擦力，比较两次实验数据可知，摩擦力越小，
机械效率越大。
（3）[5]由于木块沿斜面向上做匀速直线运动，故拉力大小等于摩擦力和重力斜面方向的分力，故木块受
到的摩擦力小于木块受到的拉力，故f<1.1N。
（4）[6]为了避免实验的偶然性，提高实验的可靠性，应保证物重和倾斜程度相同，仅改变摩擦力的大小
多次实验。
1．（2023·湖北荆州·统考中考真题）在我们初中物理课本中，多次利用斜面进行探究实验，如图所示。
（1）图甲利用斜面测量小车的平均速度，该实验的原理是 ；
（2）乙、丙实验都有让物体从斜面的同一高度自由下滑的操作步骤，这样操作的目的是：使物体滑到斜
面底端时，保持 相同；
（3）由图乙推理：当小车在水平面上所受阻力为零时，小车将做 运动；
（4）图丙中木块B在滑行过程中所受的摩擦力 （选填“变大”、“变小”或“不变”）；
（5）图乙中，小车在水平面上三次滑行过程中，在 （选填“毛巾”、“棉布”或“木板”）表面
克服阻力做功的功率最大。
【答案】 速度 匀速直线 不变 毛巾
【详解】（1）[1]利用斜面测量小车的平均速度，方法是用刻度尺测出小车运动的路程，用停表测出小车
运动的时间，根据公式 就可以计算出小车运动的平均速度。
（2）[2]让物体从斜面的同一高度自由下滑，目的是使物体滑到斜面底端时具有相同的速度。
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（3）[3]由图乙可知，平面越光滑，小车受到的阻力越小，小车速度减小的越慢，运动的距离越远，进一
步推理可知：当小车在水平面上所受阻力为零时，小车将做匀速直线运动。
（4）[4]图丙中木块B在滑行过程中对木板的压力不变，接触面的粗糙程度不变，所受的摩擦力不变。
（5）[5]图乙中，小车在水平面上三次滑行过程中，初始速度相同，动能相同，最后都停止，动能的减小
量相同，则克服阻力做的功相同；小车在毛巾上速度减小的最快，运动的时间最少，根据公式 可知，
在毛巾表面克服阻力做功的功率最大。
2．（2022·广西河池·统考中考真题）如图所示是某实验小组探究动能的大小与什么因素有关的实验装置。
实验中，用力将钢球推出，让钢球瞬间获得速度并向右运动，钢球跟弹簧碰撞后把弹簧压缩。
（1）本实验是通过观察 来比较钢球动能的大小；
（2）保持钢球的质量不变，推出钢球的速度越大，弹簧被压缩的程度也越大。表明：物体的动能大小与
有关；
（3）换不同质量的钢球，以相同的速度推出，钢球的质量越大，弹簧被压缩的程度也越大。表明：物体
的动能大小与 有关；
（4）本实验中用到的研究方法是 （填其中一种即可）。
【答案】 弹簧被压缩的程度 速度 质量 控制变量法（或转换法）
【详解】（1）[1]实验中，用力将钢球推出，让钢球瞬间获得速度并向右运动，钢球跟弹簧碰撞后把弹簧
压缩，将动能转化为弹簧的弹性势能，钢球的动能越大，转化成的弹性势能越大，弹簧被压缩的程度就越
大，所以本实验是通过观察弹簧被压缩的程度来比较钢球动能的大小，这是利用了转换法。
（2）[2]保持钢球的质量不变，推出钢球的速度越大，弹簧被压缩的程度也越大，说明钢球的动能越大，
可得结论：物体的动能大小与速度有关，物体的速度越大动能越大。
（3）[3]换不同质量的钢球，以相同的速度推出，钢球的质量越大，弹簧被压缩的程度也越大，说明钢球
的动能越大，可得结论：物体的动能大小与质量有关，物体的速度相同时，物体的质量越大，动能越大。
（4）[4]本实验中在探究动能大小与质量的关系时，控制小球的速度不变，用到的研究方法是控制变量法。
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3．（2022·天津·统考中考真题）热爱劳动的津津，在家学做天津特色菜“贴饽饽熬鱼”时，一个饮料瓶不
小心落到了松软的玉米面团上，在面团上留下较深的痕迹。于是他灵机一动，利用玉米面团和装有水的饮
料瓶，依次做了如图所示的实验，对如下两个问题进行了探究。
问题一：压力作用效果跟哪些因素有关
问题二：重力势能大小跟哪些因素有关
（1）做实验①②③是为了探究 （选填“问题一”或“问题二”）；
（2）利用实验④⑤可探究重力势能大小与 是否有关；
（3）《民法典》中规定“禁止从建筑物中抛掷物品”，生活中更要杜绝“高空抛物”这种严重危害公共
安全的行为，“高空抛物”危害性大的原因，可通过分析实验⑤⑥得出的结论来解释，请你写出该结论
。
【答案】 问题一 质量 质量相同的物体，位置越高，重力势能越大
【详解】（1）[1]由图中可知，实验①②中，压力不同，而受力面积相同，实验②③中，压力相同，而受
力面积不同，故可知做实验①②③是为了探究问题一。
（2）[2]由实验④⑤可知，瓶子下落的高度相同，而瓶子和水的总质量不同，故可探究重力势能大小与质
量是否有关。
（3）[3]由实验⑤⑥中可知，瓶子和水的质量相同，而瓶子下落的高度不同，面团的凹陷程度不同，故可
知“高空抛物”危害性大的原因是：质量相同的物体，位置越高，重力势能越大。
4．（2021·山东淄博·统考中考真题）小雨和小明利用沙子、小桌、重物、透明的箱子进行实验探究。
（1）如图1所示，把小桌放在透明的沙箱中，让重物从高处落下，撞击小桌，观察桌腿陷入沙子的深度，
探究重力势能的大小与哪些因素有关；
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①实验探究的是 （填“重物”或“小桌”）的重力势能；
②通过实验，发现同一个重物从不同高度落下，高度越高，能够对外做功越 ，说明它的重力势能
越 ；
③要进一步探究重力势能与质量的关系，应换用不同的重物，让它们从同一高度落下，观察桌腿陷入沙子
的深度；
（2）把重物按图2所示方式分别放在小桌上，观察小桌陷入沙子的深度，探究压力作用效果与什么因素有
关；
①在分析压力作用效果与压力大小的关系时，小雨选择甲、乙两次实验进行比较，得出结论：压力越大，
压力作用效果越明显；小明选择甲、丙两次实验进行比较，得出结论：压力越大，压力作用效果越不明显，
你认为 的实验结论是错误的，理由是 ；
②分析 两次实验可发现压力作用效果与力面积有关；
（3）上述探究过程中都通过小桌陷入沙子的深度来示要探究的问题，下列实验中也用到这种研究方法是
（填字母）。
A．测量物体运动的速度
B．探究物质的吸热能力
C．探究电流与电压、电阻的关系
【答案】 重物 多 大 小明 没有控制接触面积相同 B
【详解】（1）[1]重物从高处落下，撞击小桌做功，由此可知重物的重力势能大小，因此探究的是重物的
重力势能。
[2] [3]同一个重物从不同高度落下，高度越高，小桌陷入越深，即对小车做的功越多，由此说明重物重力
势能越大，这是转换法思想。
（2）[4] [5]小明选择的甲丙两图中，沙子受到的压力和沙子的受力面积都不同，要探究压力作用效果与压
力大小的关系，应控制受力面积相同的情况下，改变压力，故小明得出的结论是错误的。
（3）[6]通过小桌陷入沙子的深度来示要探究的问题，这是转换法思想。
A．物体运动的速度等于运动路程与时间之比，分别测量路程和对应的时间得到速度，采用的是间接测量
法。故A不符合题意；
B．探究物质吸热能力时，相同质量的某种物质升高相同的温度，比较加热时间，加热时间越长，物质吸
收的热量越多，表明物质的吸热能力越强，这也是转换法思想，故B符合题意；
C．探究电流与电压、电阻的关系，运用了控制变量法，故C不符合题意。
故选B。
5．（2023·山东济宁·统考中考真题）利用铁架台、杠杆、质量相等的钩码等器材，探究杠杆的平衡条件；
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（1）调节螺母，将没挂钩码的杠杆调节至水平位置平衡，如图甲所示，其目的是方便测量 ；
（2）为探究杠杆的平衡条件，小明设计了以下两种收集实验数据的方案，其中合理的是 ；
方案一 方案二
实验次
数
F/N l/cm F/N l/cm F/N l/cm F/N l/cm
1 1 2 2 1 1 2 2
1 3 3 3 5
2 2 2 4 3
3 1 1 2 5
（3）如图所示，在A处挂3个钩码，则应在B处挂 个钩码，才能使杠杆在水平位置保持平衡；
（4）杆秤就是杠杆平衡条件的一个应用，是中国最古老也是现今人们仍然在使用的一种称质量的简易工
具，由带有秤星的秤杆、秤砣、提纽等组成，如图所示，此杆秤有两个提纽，使用它称较重的物体时，常
用离秤钩较 （选填“近”或“远”）的提纽。
【答案】 力臂 方案二 2 近
【详解】（1）[1]调节螺母，将没挂钩码的杠杆调节至水平位置平衡，使得杠杆中心经过支点，避免杠杆
自重对实验结果产生影响，便于测量力臂。
（2）[2]为探究杠杆的平衡条件，为了避免偶然性对实验结果的影响，使实验结论具有普遍性，应多次改
变动力与阻力的大小，观察动力臂与阻力臂，故方案二更合理。
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（3）[3]如图所示，在A处挂3个钩码，OA=2，OB=3，根据杠杆平衡原理
即
可得F=2，即应在B处挂2个钩码。
2
（4）[4]使用杆秤称量较重的物体时，物体的重力变大，在秤砣的重力不变的情况下，根据杠杆的平衡条
件可知，需要增大秤砣重力的力臂、减小物体重力的力臂，所以用离秤钩较近的提纽。
6．（2023·四川泸州·统考中考真题）小明有一件重约15N的工艺品，用细线悬挂两端点A、B处于静止状
态，如图甲所示。他想用平衡的知识，通过计算在A、B连线上找出O点的位置，以便用一根细线系在O
点将工艺品悬挂起来，静止时如图乙所示，并计算出工艺品的重力。小明身边只有一把弹簧测力计（0～
10N）、一把刻度尺和若干细线，他设计了如下实验，请完成以下实验步骤：
（1）取下工艺品，用刻度尺测出工艺品长度L ＝ cm，如图丙所示；
AB
（2）用弹簧测力计拉住A端，B端用细线悬挂，平衡时如图丁所示，此时弹簧测力计读数F＝8.0N；
1
（3）交换弹簧测力计和细线的位置，平衡时工艺品的位置也如图丁所示，弹簧测力计读数F＝6.0N；
2
（4）由此可以计算出该工艺品的重力G＝ N。
（5）计算出O点到端点A间的距离L ＝ cm。
OA
（6）反思：要准确找出O点的具体位置，除准确测量外，关键实验条件是 （只须写出一个
条件即可）。
【答案】 35.0 14 15 杠杆平衡条件
【详解】（1）[1]由于刻度尺的分度值是1cm，所以工艺品的正确长度为35.0cm，故读数为35.0cm。
（4）（5）[2][3]当以A端为动力作用点时，根据杠杆平衡条件知F·L ＝G·L
1 BA OB
即8N×35.0cm＝G×（35.0cm﹣L ）①
OA
当以B端为动力作用点时，根据杠杆平衡条件知F·L ＝G·L
1 AB OA
即6N×35.0cm＝G×L ②
OA
由①②得，G＝14N，L ＝15cm。
OA
（6）[4]当要准确找出O点的具体位置，除准确测量外，关键实验条件利用杠杆平衡条件。
7．（2023·湖南湘潭·统考中考真题）用图所示装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如下表：
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实验次
钩码重力 G/N 钩码上升高度h/cm 拉力 F/N 绳子自由端移动距离s/cm 机械效率η
数
1 2.0 5 1.0 15 66.7%
2 4.0 5 1.8 15 74.1%
3 4.0 10 1.8 30 74.1%
4 6.0 5 2.5 15
（1）实验过程中，缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码向上做 运动。第 1次实验时，钩码上升的
时间为 3s，此过程中，绳子自由端上升的速度为 m/s；
（2）第4次实验时所做的有用功为 J， 滑轮组的机械效率是 %；
（3）分析 1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越 （选填“大”
或“小”），滑轮组的机械效率越高； 分析 2、3次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高
度 （选填“有关”或“无关”）；
（4）用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是 。
A． 换用更轻的动滑轮B． 加快提升物体的速度
【答案】 匀速直线 0.05 0.3 80 大 无关 A
【详解】（1）[1]实验中为使弹簧测力计读数平稳，需要使钩码做匀速直线运动。
[2]第 1次实验中，绳子3s钟的时间，移动的距离为15cm，则绳子移动的速度为
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（2）[3]第4次实验时所做的有用功为
[4]第4次实验做的总功为
第4次实验滑轮组的机械效率为
（3）[5]根据1、2、4次实验的数据可知，重物重力越大，滑轮组的机械效率越高。
[6] 2、3两次实验中，钩码的重力相同，只改变钩码上升的高度，滑轮组的机械效率不变，可知轮组的机
械效率与钩码上升的高度无关。
（4）[7]根据效率公式 可知，提高机械效率的方法一为：额外功一定时，增加有用功，
即增加物重；二为：有用功一定时减少额外功，即换用轻质滑轮，故A符合题意，B不符合题意。
故选A。
8．（2023·黑龙江绥化·统考中考真题）如图所示，在“测量滑轮组机械效率”的实验中，利用甲、乙、丙
三个实验装置进行实验，测得的实验数据如下表。（钩码规格相同、动滑轮个数越多重力越大）
实验次数 钩码重力G/N 提升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η
1 4 0.1 0.3
2 8 0.1 3.2 0.3 83.3%
3 8 0.1 2.0 0.5 80.0%
（1）在实验中，应沿竖直方向 拉动弹簧测力计；
（2）第一次实验中，如图所示，弹簧测力计的示数是 N，机械效率是 （精确到
0.1%）；
（3）由1、2两次实验数据可得出结论： ；
（4）由 两次实验数据可得出结论：使用不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重，机械效率越
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低；
（5）在第三次实验操作的基础上，如图丁所示改变绳端拉力方向，测得的滑轮组机械效率将 。
（选填“偏高”“偏低”或“不变”）
【答案】 缓慢匀速 1.8 74.1% 见解析 2、3 偏低
【详解】（1）[1]在实验中，测量绳端拉力F时，应在竖直向上方向上匀速拉动使物体匀速上升，物体处
于平衡状态，此时弹簧测力示数等于拉力大小。
（2）[2]由图可知，弹簧测力计最小分度值为0.2N，弹簧测力计的示数为1.8N。
[3]分析第1次实验中数据可知，根据 可得，机械效率为
（3）[4]由控制变量法可知，比较第1、2次实验数据可得出结论：使用同一滑轮组，重物越重，机械效率
越高。
（4）[5]比较第2、3次实验数据可得出结论：滑轮组的机械效率跟提起的物重、动滑轮的重有关，在提起
的物重一定时，动滑轮越重，机械效率越低。
（5）[6]由图丁可知，拉力F沿斜向上方向拉动时，拉力的力臂变短，省力变小，与丙相比需要更大的拉
力才能拉动物体上升，因此总功更大，因有用功不变，根据 可得，机械效率偏小。
9．（2021·四川广元·统考中考真题）小敏在利用斜面搬运物体A的过程中，提出了一个问题：“斜面的机
械效率与斜面的倾斜程度有没有关系？”针对这个问题，他通过在斜面上匀速直线拉动物体进行了实验探
究（如图所示），测得的实验数据如表所示：
有用 总功 机械效
实验序 斜面的倾斜 物体重力 物体上升高 沿斜面拉力 物体移动距 功 率
W
号 程度 G/N 度h/m F/N 离s/m
W /J /J η/%
有 总
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① 较缓 5.0 0.10 1.6 0.50 0.50 0.80 62.5
② 较陡 5.0 0.15 2.2 0.50 0.75 1.10 68.2
③ 最陡 5.0 0.25 3.1 0.50 1.25 1.55
（1）根据表中的数据可求出第③次实验中斜面的机械效率是 %；
（2）通过对上述实验数据的分析可知，斜面的省力情况与斜面倾斜程度的关系是：斜面越陡，越
；
（3）通过对上述实验数据的分析，对斜面机械效率的问题可获得的初步结论是：在其他条件不变的情况
下，斜面越陡，机械效率 。
【答案】 80.6 费力 越高
【详解】（1）[1]由表格数据知，第③次实验中，斜面的机械效率
（2）[2]由表格数据知，拉动物体的重力相同时，斜面倾斜程度越陡，所需的拉力越大，即斜面越陡，越
费力。
（3）[3]分析表格数据知，当拉动相同重力的物体移动相同的距离时，斜面越陡，机械效率越高。
10．（2022·海南·统考中考真题）小明发现公共场所为残障人士设计的无障碍通道是斜面，且不同的斜面
通道的倾斜程度有所不同，这引发了小明对斜面的兴趣。他想了解斜面的机械效率是否与倾斜程度有关，
便与实验小组的小伙伴们用如图所示装置进行实验探究。
（1）测量斜面的机械效率，需要的测量工具是 、 。
（2）请设计出实验数据记录表。 （把表格画在答题卡的方框里面）
（3）准备动手实验时，有小伙伴提出，斜面的机械效率还可能跟斜面的粗糙程度有关。则他们要探究斜
面的机械效率是否与倾斜程度有关时，应当保持 不变，这里采用的科学研究方法是 。
【答案】 弹簧测力计 刻度尺
实验 斜面的倾斜 物体重力 拉力 斜面高度 斜面长度 机械效
序号 程度 G/N F/N h/m s/m 率
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1
2
3
斜面的粗糙程度 控制变量法
【详解】（1）[1][2]测量机械效率需要知道做的有用功和总功，功的多少要通过公式W=Fs计算得出，所
以需要测量的物理量有长度的大小和力的大小，需要的测量工具为弹簧测力计和刻度尺。
（2）[3]需要测量的物理量有：斜面的倾斜程度、物体重力、拉力大小、斜面高度和斜面长度，需要计算
的物理量有有用功和总功、机械效率，设计表格如下图所示：
实
验 斜面的倾斜程 物体重力 拉力 斜面高度 斜面长度 机械效率
序 度 G/N F/N h/m s/m
号
1
2
3
（3）[4][5]因为本实验中认为影响机械效率的因素有两个，所以在探究机械效率与斜面的倾斜程度的关系
时，要控制斜面的粗糙程度一定，采用了控制变量法。
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