探究影響滑輪組機械效率的因素

陳擁軍

【摘要】探究性試驗教學(xué)真正體現(xiàn)物理教學(xué)思想，培養(yǎng)學(xué)生能力的重要手段，本文以點帶面從探究影響滑輪組機械效率因素入手，對在探究實驗中應(yīng)注意的問題提出一些看法，為今后中學(xué)物理探究實驗教學(xué)指明方向。

【關(guān)鍵詞】設(shè)計思想 教學(xué)設(shè)計 驗證猜想 知識反饋 設(shè)計總結(jié)。

1.設(shè)計思想

本教學(xué)設(shè)計首先從影響滑輪組機械效率注意事項入手進行實驗探究，并在此過程中理解實驗在科學(xué)探究中的作用，通過分析、觀察、測量、比較、收集證據(jù)，作出解釋，然后提出新的課題--如何提高機械效率，鼓勵學(xué)生學(xué)以致用，解決實際問題，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，培養(yǎng)了學(xué)生的探究意識，激發(fā)了他們的創(chuàng)新能力。

2.教學(xué)設(shè)計

總是小于1。那么產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是什么？

是測量錯誤還是測量誤差？學(xué)生討論：有些學(xué)生認為

是讀數(shù)時產(chǎn)生的測量誤差。帶著這個想法重新回到 （1）

實驗發(fā)現(xiàn)所測機械效率還是大于100%。那么是不是測量錯誤呢？測量錯誤又是怎樣產(chǎn)生的呢？

演示：老師將如圖A所示的彈簧秤倒立過來如圖B所示，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)了什么？答：發(fā)現(xiàn)彈簧縮短了，那么彈簧縮短的原因是什么？

學(xué)生提問：既然當彈簧秤向下拉時由于彈簧及掛鉤自重影響

滑輪組機械效率的測量，為了避免由于彈簧自重而帶來的測量錯

誤，我們應(yīng)將彈簧秤向上拉。隨后實驗小組利用如圖（2）所示

通過數(shù)據(jù)分析實驗小組使用同一滑輪組而且鉤碼重，物體被提升高度均等的情況下為什么機械效率不同呢？

探究二：拉力的方向?qū)喗M機械效率的影響

通過（1）（2）兩次數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，拉力F的大小不同，自由端移動的距離不同，為什么不同？讓學(xué)生帶著這個問題重新回到實驗發(fā)現(xiàn)

在做第一次和第二次實驗過程中拉力的方向不同，第一次

使拉力的方向豎直向上，第二次拉力方向與豎直方向成一

定角度如下圖C、D所示：

那么拉力的方向不同會導(dǎo)致什么不同呢？學(xué)生猜想：動力臂與阻力臂的比值不同。驗證猜想，如下圖所示當拉力方向分別與豎直方向成00、300、450、600角的情況下此時動力臂分別是阻力臂的2倍 倍、 倍、1倍。

根據(jù)杠桿的

平衡條件：動力

×動力臂=阻力

×阻力臂可知當

拉力方向與豎直

方向成300、450、600角時拉力F分別為物重的 、 、1倍，因此當豎直向上拉時拉力F= （G+G輪）/2（忽略磨擦阻力）當斜向上拉時，拉力F的大小大于（G+G輪）/2，而且發(fā)現(xiàn)繩子自由端移動的距離并不等于重物上升高度的2倍而是大于2倍，因此，根據(jù)公式W總=F·S可知，W總隨著α角的增大而增大，故在測量如圖（C）所示滑輪組機械效率時拉力方向始終豎直向上且必須是勻速的。

通過利用上述兩種滑輪組的機械效率測定發(fā)現(xiàn)當拉線從定滑輪出時應(yīng)考慮彈簧及掛鉤的自重，當拉線從動滑輪出時應(yīng)注意拉力的方向和速度。

過渡：請看插圖用一個重為1000N的大型動滑輪提升一個重量為10N的箱子，求該滑輪組的機械效率為多少？（g=10N/kg）

想一想：你是否愿意利用該動滑輪來提升較輕的物體，學(xué)生回答：不。因為機械效率低，那么如何提高機械效率呢？學(xué)生討論分析得出要提高機械效率應(yīng)盡可能減少滑輪自重，盡可能減少各種摩擦阻力，那么同學(xué)們的討論結(jié)果是否正確呢？

探究三：探究滑輪自重對機械效率的影響？

通過實驗數(shù)據(jù)分析滑輪自重確實是影響機械效率的一個因素，因此提高機械效率就必須減輕滑輪自重，我們知道滑輪自重不可能無限減小，那么提高機械效率是否還有其它途徑呢？

探究四：探究被提升物體重量對機械效率的影響。

實驗小組用同一滑輪組提升重量不同的物體分別測定滑輪組的機械效率數(shù)據(jù)列表如下：

通過數(shù)據(jù)分析：實驗小組利用同一滑輪組提升重量不同的物體時，滑輪組的機械效率也不同，且機械效率隨著提升物體重量的增加而增加，因此增加提升物體重量同樣也是提高機械效率的途徑。

教師對機械效率進行理論分析：

3.知識反饋：

某同學(xué)利用三種不同的滑輪組來提升重量不

同的物體時，測得物重與機械效率的關(guān)系如

下圖所示，那么從G-？圖像中可獲取哪些信息？

答：1、從a、b、c三條曲線可知滑輪組的機械效率是隨著重物的增加而增加，在同一滑輪組中W額不變，增加W有從而提高機械效率。

2、a、b、c三條曲線均無限接近100%，說明使用滑輪組由于W額的存在？永遠不會等于1，即？<1。

3、從圖像可知在W有（即提升重物G）相同時，使用a曲線對應(yīng)的滑輪組提升物體時W額最少，而使用C曲線對應(yīng)的滑輪組提升物體時W額最多，因此我們在生活中應(yīng)選擇a曲線所對應(yīng)的滑輪組。

4.設(shè)計總結(jié)

本實驗設(shè)計從生活走向物理，從物理走向生活，讓學(xué)生感到知識就在身邊，身邊蘊藏知識，設(shè)計中尤其注重讓學(xué)生體驗經(jīng)歷探究的過程，引導(dǎo)學(xué)生對機械效率的探究，學(xué)生通過自己的實驗探究，不但加深了機械效率概念的理解，而且對"效率"概念有進一步的認識，因為在我們生產(chǎn)、生活中處處講效率，處處要提高效率，帶著效率的思考離開課堂，走向更大的思維空間。

參考文獻

[1] 義務(wù)教育課程標準實驗教科書九年級《物理》人民教育出版社