馬騰飛　蘇丹丹

機(jī)械效率是衡量機(jī)械性能的重要指標(biāo)，也是學(xué)習(xí)其他效率的基礎(chǔ)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義.與滑輪組的機(jī)械效率有關(guān)的試題也是各類考試的難點(diǎn).常考的知識(shí)點(diǎn)主要涉及“滑輪組機(jī)械效率的計(jì)算”和“影響滑輪組機(jī)械效率的因素分析”.只有對(duì)測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)有了深刻理解，我們才能靈活解決上述問題.

滑輪組機(jī)械效率的測(cè)量

測(cè)量滑輪組機(jī)械效率的原理是η=W有/W總=Gh/Fs，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示.需要測(cè)量的物理量有拉力F、鉤碼上升高度h、鉤碼重G、繩子自由端移動(dòng)的距離s.主要實(shí)驗(yàn)步驟為：

（1）按圖1所示，組裝滑輪組，算出鉤碼所受的重力G.并記下鉤碼和繩子上標(biāo)定點(diǎn)A點(diǎn)的位置.

（2）勻速豎直緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì).使鉤碼緩慢上升.讀出拉力F的值，并用刻度尺測(cè)出鉤碼上升的高度h和繩端移動(dòng)的距離s.

（3）算出有用功W有、總功W總、機(jī)械效率η，并填入表1.

（4）改變鉤碼的數(shù)量，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn).

（5）實(shí)驗(yàn)完畢，整理實(shí)驗(yàn)器材，

拓展實(shí)驗(yàn)：用動(dòng)滑輪質(zhì)量不同的兩個(gè)滑輪組吊起相同的重物.比較兩個(gè)滑輪組機(jī)械效率的高低.

實(shí)驗(yàn)結(jié)束，通過數(shù)據(jù)分析，我們不難得出：

（1）同一滑輪組，提起物體越重，機(jī)械效率越高.滑輪組的效率與物體重有關(guān).

（2）提起同一物體，動(dòng)滑輪越重，機(jī)械效率越低.滑輪組的效率與動(dòng)滑輪重有關(guān).

影響滑輪組機(jī)械效率的因素分析

從機(jī)械效率的定義來分析.影響滑輪組機(jī)械效率的因素是有用功和額外功.有用功越大.額外功越小，機(jī)械效率越高.根據(jù)公式W有=Gh可知，影響有用功的因素是物體重G和物體提升的高度h.由于物體上升的高度h與拉力移動(dòng)的距離s有著特殊關(guān)系（s=nh），在推導(dǎo)式中h會(huì)被約掉.因此提升重物越重，有用功越大：影響額外功的因素主要是動(dòng)滑輪重、繩子和輪之間的摩擦力（通常忽略繩重），這兩者越小，額外功越小.所以從定義角度來分析影響機(jī)械效率的因素主要有三個(gè)：物體重、動(dòng)滑輪重和摩擦力.

綜上分析可知，提高滑輪組機(jī)械效率的方法有：（1）增加物重.（2）減小動(dòng)滑輪重.（3）減小機(jī)械間的摩擦.

實(shí)驗(yàn)過程中我們要注意：

（1）彈簧測(cè)力計(jì)要豎直勻速緩慢拉動(dòng).物體勻速上升，物體受到的拉力才等于彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù).如果加速拉動(dòng)，拉力的測(cè)量值將會(huì)偏大，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械效率偏小.

（2）不能在彈簧測(cè)力計(jì)靜止時(shí)讀數(shù).由于忽略了摩擦力對(duì)滑輪組機(jī)械效率的影響，測(cè)出的數(shù)據(jù)會(huì)有一定誤差.

（3）實(shí)驗(yàn)中可改進(jìn)方案，省略刻度尺的使用，利用η=G/ nF來計(jì)算，結(jié)果更精確.

例（2019.自貢）小明和小強(qiáng)在測(cè)“滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，一同學(xué)組裝好如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置，他們分別記下了鉤碼和彈簧測(cè)力計(jì)的位置.

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明____豎直向上拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼升高，彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)為0.5 N，同時(shí)小強(qiáng)也用刻度尺測(cè)出鉤碼被提升的高度為10 cm.以上測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確無誤，其他被測(cè)物理量和計(jì)算數(shù)據(jù)記錄如表2.

（2）小明和小強(qiáng)通過計(jì)算得出該滑輪組機(jī)械效率為100%.他們意識(shí)到出現(xiàn)了錯(cuò)誤，請(qǐng)你幫他倆找出錯(cuò)誤的原因：____.

（3）該滑輪組的機(jī)械效率實(shí)際為____ .

（4）在實(shí)驗(yàn)中，若將鉤碼重增加到6N，則該滑輪組的機(jī)械效率將____（填“變大”“變小”或“不變”）.

解析：（1）在實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)豎直勻速緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，根據(jù)二力平衡可知，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)等于繩子的拉力.（2）由圖可知，滑輪組中承重的繩子數(shù)n=3：鉤碼上升的高度h=0.1 m.根據(jù)s=nh，則s=3x0.1 m=0.3 m，實(shí)驗(yàn)表格中s計(jì)算錯(cuò)誤，這道題考查的雖然也是s=nh這個(gè)考點(diǎn)，但是問法十分隱秘，很容易被同學(xué)們忽略.增加了難度，這提示同學(xué)們，誤差和錯(cuò)誤的分析，要關(guān)注多方面，如機(jī)械效率的影響因素，測(cè)量工具的讀數(shù)及使用問題，相關(guān)物理量的計(jì)算等.（3）根據(jù)滑輪組機(jī)械效率的推1N×01 m導(dǎo)式η= W總= Fs =0.5 Nx0.3 m =66.7%. （4）物體重G增大，即有用功增加，有用功在總功中占的比重增大，則該滑輪組的機(jī)械效率將變大.

答案：（1）勻速 （2）彈簧測(cè)力計(jì)提升的高度應(yīng)該是0.3 m （3）66.7% （4）變大

責(zé)任編輯 蔡華杰