探究影響滑輪組機械效率的因素

又到了物理課的時間啦．馬老師帶領(lǐng)大家一起走進物理實驗室．來探究影響滑輪組機械效率的因素.

走進實驗室，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)每個實驗桌上都擺放著滑輪、細(xì)繩、彈簧測力計、刻度尺和鐵架臺，所有滑輪的大小都一樣，馬老師讓各實驗小組的同學(xué)用兩個材質(zhì)相同的滑輪組裝成“一定一動”的滑輪組，要求一、二、三小組的同學(xué)用兩個塑料滑輪進行組裝，四、五、六小組的同學(xué)用兩個鐵滑輪進行組裝，并用組裝好的滑輪組提升鉤碼，如圖1．用彈簧測力計分別測出鉤碼所受的重力G及繩子自由端受到的拉力F．用刻度尺測出鉤碼上升的高度h及繩子自由端移動的距離s，并讓大家及時將測出的實驗數(shù)據(jù)記錄在表格中，利用公式η=W有/W總×100%=Gh/Fs×100%計算滑輪組的機械效率．

“實驗過程中，還有什么注意事項呀？”小芳問馬老師．“大家在用彈簧測力計測繩子自由端的拉力時，要沿豎直方向緩慢勻速拉動彈簧測力計，在拉動過程中讀取彈簧測力計的示數(shù)．并及時記下彈簧測力計的示數(shù)，”馬老師說，“老師，能不能在彈簧測力計拉著繩子靜止時．記下彈簧測力計的示數(shù)？”小芳又問道.

“你們可以實際嘗試一下這兩種方式，”馬老師說．

馬老師說完后，各實驗小組的同學(xué)開始動手做實驗．小芳所在實驗小組用的是塑料滑輪，小敏所在實驗小組用的是鐵滑輪，實驗結(jié)束后，他們各自展示了實驗數(shù)據(jù)，如表1、2所示．

其他實驗小組都測出實驗數(shù)據(jù)后，馬老師引導(dǎo)大家一起分析這兩組實驗數(shù)據(jù)，馬老師說：“同學(xué)們，咱們通過對比小芳所在實驗小組和小敏所在實驗小組的兩組實驗數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，使用同一滑輪組提升物體，物體所受的重力越大，其機械效率越高．兩個實驗小組提升相同的物體時，由于小芳所在實驗小組使用的動滑輪所受的重力比小敏所在實驗小組的?。市》妓趯嶒炐〗M的滑輪組的機械效率比小敏所在實驗小組的高，因此可得出．提升相同的物體時，滑輪組中動滑輪越重，其機械效率越低．通過對上面的實驗數(shù)據(jù)進行對比分析，我們可以得出，滑動組的機械效率不僅與物體所受的重力有關(guān)，還跟動滑輪所受的重力有關(guān)．”

馬老師接著提出問題：“同學(xué)們，你們在用彈簧測力計測繩子自由端的拉力時，沿豎直方向緩慢勻速拉動彈簧測力計的過程中讀取的數(shù)值，和用彈簧測力計拉著繩子自由端靜止時讀取的數(shù)值有何不同？”小芳說：“我們發(fā)現(xiàn)．沿豎直方向緩慢勻速拉動彈簧測力計的過程中讀取的數(shù)值，比用彈簧測力計拉著繩子自由端靜止時讀取的數(shù)值大，這是為什么呢？”馬老師解釋道：“沿豎直方向勻速緩慢拉著繩子自由端．需要克服繩子與滑輪之間及輪與軸之間的摩擦力，因此讀取的彈簧測力計示數(shù)大．我們實際使用滑輪組的過程中，都是拉著滑輪組的繩子自由端提升物體的，在運動過程中都會克服繩子與滑輪及輪與軸之間的摩擦力，要多做一些額外功，其機械效率也低些．”

物理課代表小輝說：“利用滑輪組提升物體時，拉力要克服物體所受的重力及動滑輪所受的重力做功，同時還要克服摩擦力做功，若滑輪組中動滑輪承擔(dān)物重的有效繩子段數(shù)為n，則繩子自由端的拉力F=G物+G動+f摩/n，可推導(dǎo)出η=G物/nF×100%=（G物/G物+G動+f摩）×100%，從中我們不難發(fā)現(xiàn)，滑輪組的機械效率跟物體所受的重力、動滑輪所受的重力、繩子和滑輪之間及滑輪與軸之間的摩擦力都有關(guān)，而與繩子自由端移動的距離、物體上升的高度及滑輪組繩子的繞法都無關(guān)．”同學(xué)們聽完他的精準(zhǔn)分析，熱烈地鼓起了掌.