探究影響滑輪組機(jī)械效率的因素

李紹森

(淄博師專附屬中學(xué) 山東 淄博 255100 )

在初中物理的實(shí)驗(yàn)中，大多數(shù)同學(xué)來都能測(cè)量出“測(cè)定滑輪組的機(jī)械效率”，但要想弄清影響機(jī)械效率大小的因素，就不那么簡(jiǎn)單了.

為了探究影響滑輪組機(jī)械效率大小的因素，我采用了小組合作探究的方式，把同學(xué)們討論交流的結(jié)果進(jìn)行了簡(jiǎn)單的歸納：機(jī)械摩擦、機(jī)械重力(動(dòng)滑輪和繩子的重力)、繩子的繞法、繩子的彈性、物體運(yùn)動(dòng)的快慢、物體的重力、物體上升的高度，并引導(dǎo)同學(xué)們分別控制變量進(jìn)行了探究.

在探究機(jī)械摩擦對(duì)滑輪組機(jī)械效率的影響時(shí)，我引導(dǎo)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了兩個(gè)滑輪組成的滑輪組(動(dòng)滑輪重0.3 N)，提升兩個(gè)勾碼(1 N)，拉力方向向下.只改變繩子與滑輪之間的摩擦，保持其他的因素不變.為了達(dá)到這一效果，同學(xué)們用兩根相同的細(xì)線，其中一根用水浸濕，以增大繩子與滑輪之間的摩擦.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，沒浸濕的繩子拉力為0.7 N，用水浸濕了繩子為0.8 N，由此可見用水浸濕了的繩子機(jī)械效率要小一些，從而說明機(jī)械摩擦越大，機(jī)械效率越小.

然后再探究機(jī)械重力對(duì)機(jī)械效率的影響.我讓同學(xué)們換用了一個(gè)重力較大的動(dòng)滑輪(0.5 N)，其他的因素保持不變.結(jié)果在使物體升高相同高度的情況下，拉力為0.8 N，總功變大了，機(jī)械效率降低了，從而說明機(jī)械重力越大，機(jī)械效率越小.

然后我引導(dǎo)同學(xué)，只改變繩子的繞法，拉力方向向上.結(jié)果在使物體升高相同高度的情況下，拉力的大小均為0.5 N，總功相等，從而說明滑輪組的機(jī)械效率與繩子的繞法沒有關(guān)系.為了探究繩子的彈性對(duì)滑輪組機(jī)械效率的影響，我引導(dǎo)同學(xué)們把繩子分別換用了彈性大小不同的兩根皮筋，其他因素保持不變，通過探究發(fā)現(xiàn)拉力大小都是0.7 N，機(jī)械效率依然不變，從而說明繩子的彈性與滑輪組的機(jī)械效率無關(guān).

接下來探究物體運(yùn)動(dòng)的快慢對(duì)滑輪組機(jī)械效率的影響.需要注意的是，提升的物體不論運(yùn)動(dòng)快慢，一定要保持勻速運(yùn)動(dòng)，讀取彈簧秤的示數(shù)時(shí)，一定要在運(yùn)動(dòng)的過程中進(jìn)行，不要等到停止以后，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)中的摩擦和停止后的摩擦大小是不同的，不然就違背了控制變量的原則.當(dāng)然保持不同速度的勻速運(yùn)動(dòng)是比較困難的，我讓同學(xué)們多做了幾次.實(shí)驗(yàn)表明，在使物體升高相同的高度時(shí)，拉力大小仍然是0.7 N，總功的大小保持不變，從而說明物體運(yùn)動(dòng)的快慢與滑輪組機(jī)械效率的大小無關(guān).

這時(shí)我引導(dǎo)同學(xué)們?cè)黾庸创a的個(gè)數(shù)，增加到4個(gè)(2 N)，保持其他因素不變，結(jié)果拉力大小變?yōu)?.3 N，滑輪組的機(jī)械效率從71.4%提高到了76.9%，從而說明所提物體越重，機(jī)械效率越高.

最后探究物體升高的高度對(duì)滑輪組機(jī)械效率的影響，同學(xué)們使物體升高不同的高度，第一次升高0.1 m， 第二次升高0.2 m，結(jié)果拉力大小不變，繩子上升的高度從0.2 m變?yōu)?.4 m，機(jī)械效率依然不變，從而說明滑輪組的機(jī)械效率與物體升高的高度無關(guān).

通過以上的探究，同學(xué)們總結(jié)出了影響滑輪組機(jī)械效率的因素主要有以下三個(gè)：機(jī)械摩擦、機(jī)械重力和物體的重力.