理清滑輪組“機械效率”實驗考試方向

魏能新

簡單機械的機械效率是力學中的重點和難點，也是中考每年必考的一個知識點。它與我們的生活息息相關，對學生參加社會實踐具有非常重要的指導意義，提高機械效率對當今社會可持續發展和節能減排有著重要的意義。本節前有簡單機械、功、功率，后有機械能，介于力和能量板塊之間。它既是前面的知識的延伸，又是功的知識在生活實際中的廣泛應用，它對學生學習和理解熱機的效率、爐子的效率、太陽能熱水器、電動自行車等能量的利用率和轉化率等起積極作用。機械效率的實驗探究在人教版教材中是探究斜面，而粵教滬科版教材則是測算滑輪組的機械效率，不同版本的教材探究的內容不同，考試時主要以這兩個內容為主。考點主要包括：有用功、額外功、總功、機械效率的概念和提高機械效率的方法。

一、實驗裝置的考查

測滑輪組的實驗需要的實驗器材有滑輪組、鐵架臺、彈簧測力計、刻度尺。在滑輪組的實驗裝置中一般會給出一定數量的動滑輪和定滑輪，并提出改變拉力方向（圖1甲）、最省力的繞線（圖1乙）、拉力向某個方向的要求，要求畫出繩子的繞法。

二、實驗步驟及操作的考查

按組裝圖把實驗器材裝配好后；用彈簧測力計測量出重物的重力G；在動滑輪下面掛上重物，并分別記下重物和彈簧測力計的位置；勻速豎直向上或向下拉彈簧測力計，使重物上升一段距離，讀出彈簧測力計的讀數F；用刻度尺分別量出重物上升的距離h和繩的自由端移動的距離s；由測得的數據，根據η==計算出滑輪組的機械效率。實驗過程中關鍵要勻速向上或向下拉彈簧測力計，使讀數更加穩定；讀數時還要關注彈簧測力計的朝向不同時的讀法，如圖2甲圖彈簧測力計的讀數是2.4N，圖2乙圖彈簧測力計的讀數是2.8N。

三、數據分析的考查

圖2中D為鋁制滑輪，E為鐵制滑輪，其他滑輪都是塑料制造的。根據圖2所示裝置做了8次實驗，數據記錄如下表：分析第1和2次的實驗數據可知滑輪組的機械效率與鉤碼上升的高度無關。分析1、3、4三次的實驗數據可以得出同一滑輪組的機械效率與物重有關或成正比；根據η==，用同一滑輪組對不同的物體做功時，其額外功不變，重物越重時做的有用功越多，機械效率越高。根據以上分析也能說明“同一個機械，它的機械效率是一個定值”是錯誤的。分析1、5、6或1、7可知滑輪組的機械效率與動滑輪自身的重力有關；或提升同一物體，動滑輪越重（1、5、6都是一個動滑輪，但由于材料不同，導致重力不同；1和7是同種材料的動滑輪，F的動滑輪個數比A多），滑輪組做的額外功越多，機械效率越低。對比第1和8兩次實驗數據，可知同一滑輪組機械效率與繩子繞法無關，因為η==，對同一個物體做功時，所做的有用功是相同的，做的額外功也是相同的，所以同一滑輪組在不同繞線時的機械效率也是相同的，但此時它們的拉力不相同。進一步分析可知，在動滑輪和繩重一定的情況下，該滑輪組的機械效率與物重和摩擦有關。

四、提高機械效率的考查

提高機械效率主要采用增大有用功和減小額外功的辦法，增大有用功采用增大物體重力的方法。減小額外功采用減輕動滑輪和繩的自重、減小輪和軸間的摩擦。

五、機械效率計算的考查

機械效率的計算是每年的必考項目，在選擇題、填空題、實驗題和計算題都會出現。實驗的考查主要在分析數據和填空中出現，關鍵要分析清楚誰在做有用功、額外功和總功，例如計算上表第7次實驗的機械效率并填入表格中，η====66.67%。

六、實驗拓展的考查

初中物理深入學習的簡單機械包括杠桿、滑輪及滑輪組、斜面，廣東08年以實驗題填表的形式考查了杠桿的機械效率，其他年份都是些小題。人教版教材主要對斜面的機械效率進行探究，粵教滬科版教材主要對滑輪組的機械效率進行探究。在研究杠桿的機械效率的實驗考查中主要有兩種，一是以中間為支點的杠桿，二是以某一邊為支點的杠桿。如（08廣東）如圖3所示是測量杠桿機械效率的實驗情景（杠桿的重力忽略不計），請在表中把相關的數據填寫完整。再如（09江蘇）用如圖4所示的實驗裝置測量杠桿的機械效率。實驗時，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，將杠桿拉至圖中虛線位置，讀出測力計的示數F，鉤碼總重為G，鉤碼上升高度為h，測力計移動距離為s，則杠桿的機械效率為η==。此實驗使用該杠桿做額外功的一個原因：使用杠桿時需要克服杠桿自重（克服摩擦力）等做功。若為了探究同一杠桿的機械效率與哪些因素有關，則可在圖4中先后將鉤碼掛在A、B、C三點，測量并計算機械效率并進行比較。為提高本實驗中杠桿的機械效率，可以選擇支點靈活的、比較輕便的杠桿進行實驗。