提高滑輪組機械效率有方法

滑輪組的機械效率是初中物理學(xué)習(xí)的難點之一．其目的是培養(yǎng)同學(xué)們的推理與綜合能力．在試題中一般結(jié)合具體的生產(chǎn)和生活情境來進(jìn)行考查．為了幫助同學(xué)們更好地理解和掌握關(guān)于滑輪組機械效率的相關(guān)知識，本文結(jié)合基本概念、常見模型、典型例題等對該知識點進(jìn)行分析，以求能幫助同學(xué)們形成良好的做題思維邏輯，實現(xiàn)輕松應(yīng)對滑輪組機械效率題型多變性的目標(biāo).

什么是滑輪組的機械效率

在解決問題之前，同學(xué)們應(yīng)先掌握關(guān)于機械效率的幾個基本概念——有用功、額外功和總功．為達(dá)成某種目的，無論采用什么機械．我們都必須要做的且只用來促進(jìn)目的達(dá)成的功就是有用功，用W有表示，在工作的時候．我們必定要克服摩擦力或者機械自身所受重力等因素的影響而額外做的功叫作額外功．額外功對我們目的的達(dá)成沒有作用而又不得不做，用W額表示，總功是指在工作時我們總共做的功，在數(shù)值上等于額外功和有用功之和，用W總表示．機械效率是W有在W總中所占的百分比，數(shù)學(xué)表達(dá)式為η=W有/W總×100%．滑輪組通常有兩種模型：豎直方向滑輪組和水平方向滑輪組．

1．豎直方向滑輪組

如圖1所示，人用大小為F的力通過滑輪組將所受重力為G物的物體提升到高為h的位置，對于這樣的情境，同學(xué)們要從能量的角度迅速識別出W有、W總、W額，不妨思考如下三個問題：

（1）做這件事情的目的是什么？

答：為了將物體提升，所以消耗在物體身上的這部分能量即是W有，數(shù)值上等于物體重力勢能的變化量，W有=G物h.

（2）人是如何做這件事情的？

答：人用力F拉繩子，且讓繩子自由端移動了一段距離s．

這個過程中人向外付出了能量，正是這部分能量維持了整個系統(tǒng)的運行，所以人對繩子做的功是總功，W總=Fs．

（3）人付出的能量全部作用在物體上了嗎？

答：沒有.

人在提升物體的時候，不可避免地要把繩子及下面的動滑輪提升上去，同時還需要克服整個系統(tǒng)運行時的摩擦力．這部分能量做的功對我們的目的沒有作用，但又不得不做，即額外功，W額=W總-W有.

綜上，該滑輪組的機械效率η=W有/W總×100%=G物h×100%.由于繩子所受的重力和摩擦力造成的額外功比較小，故我們在計算機械效率時通常會忽略不計這部分額外功．若該滑輪組動滑輪上的有效繩子段數(shù)為凡，則s =nh，F(xiàn)=G物+G動/n，代入即可得出η=G物/G物+G動×100%．