理清滑輪組“機械效率”實驗考試方向

魏能新

簡單機械的機械效率是力學中的重點和難點，也是中考每年必考的一個知識點。它與我們的生活息息相關(guān)，對學生參加社會實踐具有非常重要的指導意義，提高機械效率對當今社會可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排有著重要的意義。本節(jié)前有簡單機械、功、功率，后有機械能，介于力和能量板塊之間。它既是前面的知識的延伸，又是功的知識在生活實際中的廣泛應用，它對學生學習和理解熱機的效率、爐子的效率、太陽能熱水器、電動自行車等能量的利用率和轉(zhuǎn)化率等起積極作用。機械效率的實驗探究在人教版教材中是探究斜面，而粵教滬科版教材則是測算滑輪組的機械效率，不同版本的教材探究的內(nèi)容不同，考試時主要以這兩個內(nèi)容為主?？键c主要包括：有用功、額外功、總功、機械效率的概念和提高機械效率的方法。

一、實驗裝置的考查

測滑輪組的實驗需要的實驗器材有滑輪組、鐵架臺、彈簧測力計、刻度尺。在滑輪組的實驗裝置中一般會給出一定數(shù)量的動滑輪和定滑輪，并提出改變拉力方向（圖1甲）、最省力的繞線（圖1乙）、拉力向某個方向的要求，要求畫出繩子的繞法。

二、實驗步驟及操作的考查

按組裝圖把實驗器材裝配好后；用彈簧測力計測量出重物的重力G；在動滑輪下面掛上重物，并分別記下重物和彈簧測力計的位置；勻速豎直向上或向下拉彈簧測力計，使重物上升一段距離，讀出彈簧測力計的讀數(shù)F；用刻度尺分別量出重物上升的距離h和繩的自由端移動的距離s；由測得的數(shù)據(jù)，根據(jù)η==計算出滑輪組的機械效率。實驗過程中關(guān)鍵要勻速向上或向下拉彈簧測力計，使讀數(shù)更加穩(wěn)定；讀數(shù)時還要關(guān)注彈簧測力計的朝向不同時的讀法，如圖2甲圖彈簧測力計的讀數(shù)是2.4N，圖2乙圖彈簧測力計的讀數(shù)是2.8N。

三、數(shù)據(jù)分析的考查

圖2中D為鋁制滑輪，E為鐵制滑輪，其他滑輪都是塑料制造的。根據(jù)圖2所示裝置做了8次實驗，數(shù)據(jù)記錄如下表：分析第1和2次的實驗數(shù)據(jù)可知滑輪組的機械效率與鉤碼上升的高度無關(guān)。分析1、3、4三次的實驗數(shù)據(jù)可以得出同一滑輪組的機械效率與物重有關(guān)或成正比；根據(jù)η==，用同一滑輪組對不同的物體做功時，其額外功不變，重物越重時做的有用功越多，機械效率越高。根據(jù)以上分析也能說明“同一個機械，它的機械效率是一個定值”是錯誤的。分析1、5、6或1、7可知滑輪組的機械效率與動滑輪自身的重力有關(guān)；或提升同一物體，動滑輪越重（1、5、6都是一個動滑輪，但由于材料不同，導致重力不同；1和7是同種材料的動滑輪，F(xiàn)的動滑輪個數(shù)比A多），滑輪組做的額外功越多，機械效率越低。對比第1和8兩次實驗數(shù)據(jù)，可知同一滑輪組機械效率與繩子繞法無關(guān)，因為η==，對同一個物體做功時，所做的有用功是相同的，做的額外功也是相同的，所以同一滑輪組在不同繞線時的機械效率也是相同的，但此時它們的拉力不相同。進一步分析可知，在動滑輪和繩重一定的情況下，該滑輪組的機械效率與物重和摩擦有關(guān)。

四、提高機械效率的考查

提高機械效率主要采用增大有用功和減小額外功的辦法，增大有用功采用增大物體重力的方法。減小額外功采用減輕動滑輪和繩的自重、減小輪和軸間的摩擦。

五、機械效率計算的考查

機械效率的計算是每年的必考項目，在選擇題、填空題、實驗題和計算題都會出現(xiàn)。實驗的考查主要在分析數(shù)據(jù)和填空中出現(xiàn)，關(guān)鍵要分析清楚誰在做有用功、額外功和總功，例如計算上表第7次實驗的機械效率并填入表格中，η====66.67%。

六、實驗拓展的考查

初中物理深入學習的簡單機械包括杠桿、滑輪及滑輪組、斜面，廣東08年以實驗題填表的形式考查了杠桿的機械效率，其他年份都是些小題。人教版教材主要對斜面的機械效率進行探究，粵教滬科版教材主要對滑輪組的機械效率進行探究。在研究杠桿的機械效率的實驗考查中主要有兩種，一是以中間為支點的杠桿，二是以某一邊為支點的杠桿。如（08廣東）如圖3所示是測量杠桿機械效率的實驗情景（杠桿的重力忽略不計），請在表中把相關(guān)的數(shù)據(jù)填寫完整。再如（09江蘇）用如圖4所示的實驗裝置測量杠桿的機械效率。實驗時，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，將杠桿拉至圖中虛線位置，讀出測力計的示數(shù)F，鉤碼總重為G，鉤碼上升高度為h，測力計移動距離為s，則杠桿的機械效率為η==。此實驗使用該杠桿做額外功的一個原因：使用杠桿時需要克服杠桿自重（克服摩擦力）等做功。若為了探究同一杠桿的機械效率與哪些因素有關(guān)，則可在圖4中先后將鉤碼掛在A、B、C三點，測量并計算機械效率并進行比較。為提高本實驗中杠桿的機械效率，可以選擇支點靈活的、比較輕便的杠桿進行實驗。