探究滑輪組機(jī)械效率的影響因素

王 雷

(江蘇省徐州市大學(xué)路實(shí)驗(yàn)學(xué)校 221116)

一、設(shè)計(jì)測(cè)定滑輪組機(jī)械效率的相關(guān)實(shí)驗(yàn)

例1如圖1所示，這是由小明和小蘭兩位同學(xué)為了測(cè)定出哪些會(huì)影響滑輪組的機(jī)械效率而設(shè)計(jì)出來(lái)的滑輪組裝配，他們兩個(gè)以小組為單位與老師、其他小組的同學(xué)們一起交流他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這時(shí)，老師提出了一個(gè)問(wèn)題：倘若每個(gè)小組都不改變繩子的纏繞方式，保持原本的滑輪，其他因素全部改變，那么這時(shí)滑輪組的機(jī)械效率是否會(huì)產(chǎn)生變化呢？如果會(huì)，那么又會(huì)產(chǎn)生怎樣的變化呢？

根據(jù)上面老師提出的問(wèn)題，大家都積極思考，改變實(shí)驗(yàn)因素，積極探索，并且提出了自己的猜想：

猜想1：是勻速提升的速度影響了滑輪組的機(jī)械效率；

猜想2：是被提升的鉤碼重力影響了滑輪組的機(jī)械效率；

猜想3：是勻速提升的速度大小和被提升的鉤碼重力大小共同影響了滑輪組的機(jī)械效率；

猜想4：是鉤碼被提升的高度影響了滑輪組的機(jī)械效率.

小明和小蘭兩個(gè)同學(xué)分別根據(jù)自己的想法做出了實(shí)驗(yàn)，改變自己認(rèn)為可能的影響因素，努力去證實(shí)各自的猜想，他們做出的實(shí)驗(yàn)記錄如下圖所示：

根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，請(qǐng)回答以下問(wèn)題：

(1)表中的數(shù)據(jù)不全，請(qǐng)幫助小明同學(xué)完成表格之中的一項(xiàng)計(jì)算；

(2)根據(jù)圖中的實(shí)驗(yàn)記錄結(jié)果，請(qǐng)同學(xué)們分別寫(xiě)出哪些因素會(huì)影響滑輪組的機(jī)械效率；

(3)根據(jù)小明和小蘭的探究結(jié)果，請(qǐng)你歸納一下，并得出影響滑輪組機(jī)械效率因素的結(jié)論.

解析本題考察的知識(shí)點(diǎn)是影響滑輪組機(jī)械效率的因素，根據(jù)上面的不完整的實(shí)驗(yàn)記錄表格，同學(xué)們需要運(yùn)用到機(jī)械效率的計(jì)算公式，一般地，要知道某個(gè)物理量的影響因素，我們可以從這個(gè)物理量的定義式或者計(jì)算式出發(fā)，在這里，我們還需要用到一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法，即控制其他變量不變，只改變其中一個(gè)變量來(lái)觀察它對(duì)這個(gè)物理量是否影響.在定義式中，控制其他變量，只改變你所需的變量，這樣就可以達(dá)到目的了，從而得出結(jié)論.

本題的運(yùn)算過(guò)程是比較簡(jiǎn)單的：

從小明的實(shí)驗(yàn)記錄來(lái)看，我們可以知道，當(dāng)勻速提升的速度相同時(shí)，鉤碼的重力越大，滑輪組的機(jī)械效率也越大；而從小蘭的實(shí)驗(yàn)記錄之中我們可以看出，當(dāng)鉤碼的重力相同時(shí)，無(wú)論怎么改變鉤碼被提升的速度，滑輪組的機(jī)械效率都不發(fā)生改變，即滑輪組的機(jī)械效率在鉤碼重力相同之時(shí)，與鉤碼被提升的速度是毫無(wú)關(guān)聯(lián)的.

點(diǎn)評(píng)該題目考查了同學(xué)們對(duì)影響滑輪組機(jī)械效率因素的知識(shí)點(diǎn)的熟識(shí)程度，從這道題目出發(fā)，小明和小蘭兩個(gè)人的實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)只探究了滑輪組機(jī)械效率與鉤碼的重力以及鉤碼被提升的高度還有鉤碼被勻速提升的速度大小，因此，也只能得出三個(gè)因素的結(jié)論，其實(shí)，根據(jù)我們所學(xué)的知識(shí)可以知道，影響滑輪組機(jī)械效率的因素還可以是動(dòng)滑輪的重力大小、繩子的自重以及滑輪和繩子之間的摩擦力大小.

二、計(jì)算滑輪組機(jī)械效率的相關(guān)試題

滑輪組機(jī)械效率的計(jì)算題型常常發(fā)生變化，最典型的一個(gè)類型是碰見(jiàn)滑輪組需要提升的重物的重力大小發(fā)生改變，那么，這種題型又該如何解答呢？請(qǐng)仔細(xì)閱讀以下例題及其解析.

例2工人們?yōu)榱藢⒇浳锾嵘欢ǜ叨龋O(shè)計(jì)了一個(gè)滑輪組，它由一個(gè)動(dòng)滑輪和一個(gè)定滑輪組成，現(xiàn)已知該貨物的重力為400N，并且貨物經(jīng)過(guò)10s的時(shí)間從地面上被勻速提升到了高為4m處的地方，而此時(shí)工人們只提供了250N的拉力，試問(wèn)：

(1)工人們?cè)诖诉^(guò)程中做功的功率為多少？

(2)倘若將此貨物換為重為800N的貨物，將其在相同時(shí)間內(nèi)勻速提升相同高度，工人們需要提供多大的拉力?

解析因?yàn)楣と藗兪钦驹诘孛嫔舷蛳吕瓌?dòng)繩子才將貨物勻速提升起來(lái)，所以我們可以在腦子中構(gòu)造出這個(gè)裝置圖，由這個(gè)裝置圖我們可以知道，吊起動(dòng)滑輪的繩子有兩段，則；

∵摩擦和繩子的自重可以忽略不計(jì)

∴G動(dòng)=2×250N-400N

=100N.

=450N.

通過(guò)上述影響滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)以及滑輪組機(jī)械效率的有關(guān)計(jì)算的思路分析，我們可以知道機(jī)械效率的定義式的重要性，在影響因素之中，我們可以利用定義式，控制其他變量不變，只改變其中的一個(gè)變量，即控制變量法來(lái)幫助我們確定影響因素；而在計(jì)算題中，這個(gè)定義式更是重中之重，很多變形式都是由定義式延伸出來(lái)的，因此，同學(xué)們更應(yīng)該注重基礎(chǔ)，不要一味地追求高難度，扎實(shí)基礎(chǔ)，才能向更難更高發(fā)展.