張偉

一、測(cè)定滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)

在測(cè)定滑輪組機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)中，探究影響機(jī)械效率的因素是該實(shí)驗(yàn)的主要目標(biāo)之一.

例1 張?zhí)m和劉芳兩位同學(xué)運(yùn)用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定了滑輪組的機(jī)械效率，在全班交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，老師提出：如果各組所用滑輪和串繞繩子的方式不變，改變其他因素，是否會(huì)影響它的機(jī)械效率呢？大家積極思考，提出了各種猜想，概括起來有如下幾種：

猜想1：可能與勻速提升的速度大小有關(guān)；

猜想2：可能與被提升的鉤碼重力有關(guān)；

猜想3：可能與勻速提升的速度大小和被提升的鉤碼重力都有關(guān)；

猜想4：可能與鉤碼被提升的高度有關(guān).

張?zhí)m和劉芳分別根據(jù)各自的猜想進(jìn)行了探究，實(shí)驗(yàn)記錄如下表.

（1）請(qǐng)幫助張?zhí)m完成表中的一項(xiàng)計(jì)算；

（2）請(qǐng)根據(jù)她們的實(shí)驗(yàn)記錄，分別在表中寫出探究結(jié)果；

（3）歸納她們的實(shí)驗(yàn)探究，你所得的結(jié)論是： .

解析 本題考查的是同學(xué)對(duì)測(cè)定滑輪組機(jī)械效率的計(jì)算及結(jié)論的總結(jié)，需要運(yùn)用機(jī)械效率的計(jì)算及控制變量法分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論.從題目看計(jì)算是很簡(jiǎn)單的，運(yùn)用η=W有/W總=15N×h/（6N×3h）=83.3%，從張?zhí)m的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，速度相同時(shí)，鉤碼越重，機(jī)械效率越大；從劉芳的數(shù)據(jù)看鉤碼重力相同時(shí)，機(jī)械效率與速度大小無關(guān).

點(diǎn)評(píng) 該實(shí)驗(yàn)考查了同學(xué)對(duì)影響滑輪組機(jī)械效率因素的認(rèn)識(shí)，從該題看，張?zhí)m與劉芳的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)只能得出機(jī)械效率與鉤碼重力的大小有關(guān)，與鉤碼被提升的高度及速度無關(guān).其實(shí)影響滑輪組機(jī)械效率除了與鉤碼的重力有關(guān)外，還與動(dòng)滑輪的重力、繩重及繩與滑輪間的摩擦有關(guān).

二、滑輪組機(jī)械效率的相關(guān)計(jì)算

在滑輪組機(jī)械效率的計(jì)算中，經(jīng)常會(huì)遇到機(jī)械效率發(fā)生改變的情況，最常見的是滑輪組所掛的物體的重力發(fā)生改變.

例2 一個(gè)工人用由一個(gè)定滑輪和一個(gè)動(dòng)滑輪組成的滑輪組（不計(jì)摩擦和繩重），站在地上將400N重的貨物經(jīng)過10s勻速提高4m，所用的拉力是250N，求：（1）這個(gè)工人做功的功率是多少？（2）此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率是多少？（3）若把800N的重物提起，工人至少要用多大的拉力？

解析 由于站在地面向下拉繩，則吊起動(dòng)滑輪的繩子段數(shù)為2段，則（1）P=W/t=250N

×4m×2/10s=200W；（2）η=W有/W總=400N×4m

/（250N×8m）=80%；（3）由于不計(jì)摩擦與繩重，則由F=1/2（G+G動(dòng)）得G動(dòng)=2×250N-400N=100N，則F=1/2×（800N+100N）=450N.

點(diǎn)評(píng) 對(duì)于同一滑輪組，動(dòng)滑輪的重力不變，由于所掛重物變成800N，其機(jī)械效率發(fā)生了改變.因而計(jì)算拉力時(shí)不能用前面的機(jī)械效率進(jìn)行計(jì)算，只能先求出動(dòng)滑輪重，再計(jì)算拉力.由于不計(jì)摩擦及繩重，則動(dòng)滑輪的重力可以用F=1/n（G+G動(dòng)）求出，然后再用F=1/n（G+G動(dòng)）計(jì)算拉力.