對“滑輪組機械效率”教學三點建議

喬壽林

機械效率知識的綜合性，使它成為中考命題中力學部分的主要選題。學生遇到此類題目時，普遍感覺較難，出錯率偏高。我們教學過程中發現學生在遇到這類題目時，往往是機械的模仿，一味死套公式，感覺無從下手。下面我從幾個方面提出自己的建議，以尋求突破的方法。

一、給學生理清拉力F與物重G物、繩自由段移動距離s與物體上升距離h之間的關系

學生對這兩種關系的理解直接影響學生對“三功”的準確計算。

1.F與物重G物的關系：F=（G物+G動）/n；條件：豎直方向上不計繩重和摩擦

很多學生只記公式而忽視此關系式成立的條件，如果不符合以上條件可能就有兩種情況：

a.豎直方向上考慮了繩重和摩擦，則F>（G物+G動）/n；

b.如果是水平方向上拉動，拉力與重力就沒直接關系了。

2.繩自由段移動距離s與物體上升距離h之間的關系：s=nh，此等式成立是沒有條件的，即無論有無摩擦都成立。

由此延伸出的公式：v繩=nv物，此等式成立是沒有條件的，即無論有無摩擦都成立。

二、“三功”概念的教學要準確到位，能掌握基本的求功方法

1.有用功（W有）

從做功角度看，如果某力所做的，功達到我們使用機械的目的，則此功就為有用功；從能量角度看，是系統對外界輸出有價值的能量。

幾種常見的情形：

a.豎直方向上提升重物：W有=Gh

b.水平方向上拉動物體：W有=fh

c.W有=W總-W額

d.W有=W總·η

很多學生在遇到水平方向上拉動物體時也死記公式W有=Gh，所以有用功不一定就是Gh。

2.額外功（W額）

從做功角度看，如果某力所做的功完全達不到我們使用機械的目的，而此功又不得不做，則此功就為額外功；額外功和有用功同時產生的；從能量角度看，是系統對外界輸出無價值的能量。

額外功產生的原因：

a.豎直方向上提升重物：克服動滑輪自重、繩重、繩與滑輪之間的摩擦所做的功。

b.水平方向上拉動物體：克服繩與滑輪之間的摩擦。

幾種常見的情形：

a.W額=G動（不計繩重和摩擦）；

b.W額=W總-W有（有時候摩擦力未知的情況，多采用此方法）；

c.W有=W總·（1-η）

3.總功（W額）

總功就是有用功與額外功之和。

幾種常見的方法：

a.W總=W有+W額；

b.W總=Fs。

三、明晰影響滑輪組機械效率的因素

1.在豎直方向上提升重物

η=W有/W總=Gh/FS=Gh/Fnh=Gh/nF

a.如果存在摩擦力，則減小摩擦、減小動滑輪自重都可以提高機械效率；

b.若不計摩擦，則公式可以變為η=W有/W總=Gh/Fs=Gh/（Gh+G動h）=G/（G+G動），則可以增加物重或減小動滑輪自重可以提高機械效率。

2.在水平方向上拉動物體

在水平方向上拉動物體時，有用功是克服物體與地面之間的摩擦力所做的功；額外功是克服繩與滑輪之間摩擦所做的功，與動滑輪自重、物重沒多大關系，所以減小繩與滑輪之間摩擦可以提高滑輪組的機械效率。

計算公式：η=W有/W總=fh/Fs=fh/Fnh=f/nF

綜上所述，提高滑輪組的機械效率的方法有：

（1）減小額外功可以提高機械效率。減小額外功可以減小動滑輪自重、減輕繩重、減小繩與滑輪之間的摩擦。

（2）在額外功不變的情況下，增大有用功。增大有用功可以增加物重、增大物塊與地面之間摩擦所做的功。

三、實驗的一個注意點，教師需理解清楚

在“測定滑輪組機械效率”的實驗中，只要同一物體被提升的高度h相同，那么有用功就都為Gh，勻速拉動彈簧測力計和加速拉動彈簧測力計的區別在于彈簧測力計做的總功不同，那么勻速拉動和加速拉動的機械效率就不同，為什么非要測定在勻速拉動彈簧測力計下滑輪組的機械效率呢？這個一直困擾著學生也困擾著老師。

1.問題的分析

我們先從人們設定機械效率這個概念的目的談起，機械效率是描述機械使用性能的一個物理量，即使用時有用（達到目的需要）的功占使用機械總共做功的百分比。在有用功一定的情況下，機械的機械效率越大，機械使用時需做的額外功越少。任何人在使用機械時都希望使用機械效率大的機械，這也是人們選購機械的一個重要參考量。所以我們肯定要測出這個機械的最大的機械效率。在測定時，若做加速運動，根據公式W總=Fs，拉力需做總功必然變大，而在提升相同高度的情況下，有用功不變，機械效率會變小，所以說勻速拉動測得的機械效率最大。我想，另外一個重要原因就是從操作層面上來說的，當勻速拉動時比加速拉動時彈簧測力計的示數會更加穩定，易于讀數。

2.實驗的建議

在“測定滑輪組機械效率”時對于彈簧測力計使用應遵循“勻速、豎直、緩慢”的原則。

綜上所述，我們在教學中應該更重視概念的生成，關注公式的適用條件，注重實驗的教學，讓學生在實驗中提升動手能力，在思考中提升分析的能力，無論以后遇到什么樣題型能以不變應萬變。希望筆者的這一點點見解可以對同行的教學有一點幫助。

參考文獻：

[1]李靜.初中物理“簡單機械和功”部分的教學策略研究與實踐[D].蘇州大學，2013.

[2]朱宏強.初中物理機械效率教學的幾點思考[J].2011（12）.