李紹森
(淄博師專附屬中學 山東 淄博 255100 )
在初中物理的實驗中,大多數(shù)同學來都能測量出“測定滑輪組的機械效率”,但要想弄清影響機械效率大小的因素,就不那么簡單了.
為了探究影響滑輪組機械效率大小的因素,我采用了小組合作探究的方式,把同學們討論交流的結果進行了簡單的歸納:機械摩擦、機械重力(動滑輪和繩子的重力)、繩子的繞法、繩子的彈性、物體運動的快慢、物體的重力、物體上升的高度,并引導同學們分別控制變量進行了探究.
在探究機械摩擦對滑輪組機械效率的影響時,我引導同學們設計了兩個滑輪組成的滑輪組(動滑輪重0.3 N),提升兩個勾碼(1 N),拉力方向向下.只改變繩子與滑輪之間的摩擦,保持其他的因素不變.為了達到這一效果,同學們用兩根相同的細線,其中一根用水浸濕,以增大繩子與滑輪之間的摩擦.實驗結果表明,沒浸濕的繩子拉力為0.7 N,用水浸濕了繩子為0.8 N,由此可見用水浸濕了的繩子機械效率要小一些,從而說明機械摩擦越大,機械效率越小.
然后再探究機械重力對機械效率的影響.我讓同學們換用了一個重力較大的動滑輪(0.5 N),其他的因素保持不變.結果在使物體升高相同高度的情況下,拉力為0.8 N,總功變大了,機械效率降低了,從而說明機械重力越大,機械效率越小.
然后我引導同學,只改變繩子的繞法,拉力方向向上.結果在使物體升高相同高度的情況下,拉力的大小均為0.5 N,總功相等,從而說明滑輪組的機械效率與繩子的繞法沒有關系.為了探究繩子的彈性對滑輪組機械效率的影響,我引導同學們把繩子分別換用了彈性大小不同的兩根皮筋,其他因素保持不變,通過探究發(fā)現(xiàn)拉力大小都是0.7 N,機械效率依然不變,從而說明繩子的彈性與滑輪組的機械效率無關.
接下來探究物體運動的快慢對滑輪組機械效率的影響.需要注意的是,提升的物體不論運動快慢,一定要保持勻速運動,讀取彈簧秤的示數(shù)時,一定要在運動的過程中進行,不要等到停止以后,因為運動中的摩擦和停止后的摩擦大小是不同的,不然就違背了控制變量的原則.當然保持不同速度的勻速運動是比較困難的,我讓同學們多做了幾次.實驗表明,在使物體升高相同的高度時,拉力大小仍然是0.7 N,總功的大小保持不變,從而說明物體運動的快慢與滑輪組機械效率的大小無關.
這時我引導同學們增加勾碼的個數(shù),增加到4個(2 N),保持其他因素不變,結果拉力大小變?yōu)?.3 N,滑輪組的機械效率從71.4%提高到了76.9%,從而說明所提物體越重,機械效率越高.
最后探究物體升高的高度對滑輪組機械效率的影響,同學們使物體升高不同的高度,第一次升高0.1 m, 第二次升高0.2 m,結果拉力大小不變,繩子上升的高度從0.2 m變?yōu)?.4 m,機械效率依然不變,從而說明滑輪組的機械效率與物體升高的高度無關.
通過以上的探究,同學們總結出了影響滑輪組機械效率的因素主要有以下三個:機械摩擦、機械重力和物體的重力.