探究影響滑輪組機(jī)械效率的因素

又到了物理課的時(shí)間啦．馬老師帶領(lǐng)大家一起走進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)室．來(lái)探究影響滑輪組機(jī)械效率的因素.

走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)每個(gè)實(shí)驗(yàn)桌上都擺放著滑輪、細(xì)繩、彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺和鐵架臺(tái)，所有滑輪的大小都一樣，馬老師讓各實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)用兩個(gè)材質(zhì)相同的滑輪組裝成“一定一動(dòng)”的滑輪組，要求一、二、三小組的同學(xué)用兩個(gè)塑料滑輪進(jìn)行組裝，四、五、六小組的同學(xué)用兩個(gè)鐵滑輪進(jìn)行組裝，并用組裝好的滑輪組提升鉤碼，如圖1．用彈簧測(cè)力計(jì)分別測(cè)出鉤碼所受的重力G及繩子自由端受到的拉力F．用刻度尺測(cè)出鉤碼上升的高度h及繩子自由端移動(dòng)的距離s，并讓大家及時(shí)將測(cè)出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表格中，利用公式η=W有/W總×100%=Gh/Fs×100%計(jì)算滑輪組的機(jī)械效率．

“實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，還有什么注意事項(xiàng)呀？”小芳問(wèn)馬老師．“大家在用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)繩子自由端的拉力時(shí)，要沿豎直方向緩慢勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，在拉動(dòng)過(guò)程中讀取彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)．并及時(shí)記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，”馬老師說(shuō)，“老師，能不能在彈簧測(cè)力計(jì)拉著繩子靜止時(shí)．記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)？”小芳又問(wèn)道.

“你們可以實(shí)際嘗試一下這兩種方式，”馬老師說(shuō)．

馬老師說(shuō)完后，各實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)開(kāi)始動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)．小芳所在實(shí)驗(yàn)小組用的是塑料滑輪，小敏所在實(shí)驗(yàn)小組用的是鐵滑輪，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，他們各自展示了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表1、2所示．

其他實(shí)驗(yàn)小組都測(cè)出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，馬老師引導(dǎo)大家一起分析這兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，馬老師說(shuō)：“同學(xué)們，咱們通過(guò)對(duì)比小芳所在實(shí)驗(yàn)小組和小敏所在實(shí)驗(yàn)小組的兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，使用同一滑輪組提升物體，物體所受的重力越大，其機(jī)械效率越高．兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小組提升相同的物體時(shí)，由于小芳所在實(shí)驗(yàn)小組使用的動(dòng)滑輪所受的重力比小敏所在實(shí)驗(yàn)小組的小．故小芳所在實(shí)驗(yàn)小組的滑輪組的機(jī)械效率比小敏所在實(shí)驗(yàn)小組的高，因此可得出．提升相同的物體時(shí)，滑輪組中動(dòng)滑輪越重，其機(jī)械效率越低．通過(guò)對(duì)上面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，我們可以得出，滑動(dòng)組的機(jī)械效率不僅與物體所受的重力有關(guān)，還跟動(dòng)滑輪所受的重力有關(guān)．”

馬老師接著提出問(wèn)題：“同學(xué)們，你們?cè)谟脧椈蓽y(cè)力計(jì)測(cè)繩子自由端的拉力時(shí)，沿豎直方向緩慢勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)的過(guò)程中讀取的數(shù)值，和用彈簧測(cè)力計(jì)拉著繩子自由端靜止時(shí)讀取的數(shù)值有何不同？”小芳說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)．沿豎直方向緩慢勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)的過(guò)程中讀取的數(shù)值，比用彈簧測(cè)力計(jì)拉著繩子自由端靜止時(shí)讀取的數(shù)值大，這是為什么呢？”馬老師解釋道：“沿豎直方向勻速緩慢拉著繩子自由端．需要克服繩子與滑輪之間及輪與軸之間的摩擦力，因此讀取的彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)大．我們實(shí)際使用滑輪組的過(guò)程中，都是拉著滑輪組的繩子自由端提升物體的，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都會(huì)克服繩子與滑輪及輪與軸之間的摩擦力，要多做一些額外功，其機(jī)械效率也低些．”

物理課代表小輝說(shuō)：“利用滑輪組提升物體時(shí)，拉力要克服物體所受的重力及動(dòng)滑輪所受的重力做功，同時(shí)還要克服摩擦力做功，若滑輪組中動(dòng)滑輪承擔(dān)物重的有效繩子段數(shù)為n，則繩子自由端的拉力F=G物+G動(dòng)+f摩/n，可推導(dǎo)出η=G物/nF×100%=（G物/G物+G動(dòng)+f摩）×100%，從中我們不難發(fā)現(xiàn)，滑輪組的機(jī)械效率跟物體所受的重力、動(dòng)滑輪所受的重力、繩子和滑輪之間及滑輪與軸之間的摩擦力都有關(guān)，而與繩子自由端移動(dòng)的距離、物體上升的高度及滑輪組繩子的繞法都無(wú)關(guān)．”同學(xué)們聽(tīng)完他的精準(zhǔn)分析，熱烈地鼓起了掌.