理清滑轮组“机械效率”实验考试方向

魏能新

简单机械的机械效率是力学中的重点和难点，也是中考每年必考的一个知识点。它与我们的生活息息相关，对学生参加社会实践具有非常重要的指导意义，提高机械效率对当今社会可持续发展和节能减排有着重要的意义。本节前有简单机械、功、功率，后有机械能，介于力和能量板块之间。它既是前面的知识的延伸，又是功的知识在生活实际中的广泛应用，它对学生学习和理解热机的效率、炉子的效率、太阳能热水器、电动自行车等能量的利用率和转化率等起积极作用。机械效率的实验探究在人教版教材中是探究斜面，而粤教沪科版教材则是测算滑轮组的机械效率，不同版本的教材探究的内容不同，考试时主要以这两个内容为主。考点主要包括：有用功、额外功、总功、机械效率的概念和提高机械效率的方法。

一、实验装置的考查

测滑轮组的实验需要的实验器材有滑轮组、铁架台、弹簧测力计、刻度尺。在滑轮组的实验装置中一般会给出一定数量的动滑轮和定滑轮，并提出改变拉力方向（图1甲）、最省力的绕线（图1乙）、拉力向某个方向的要求，要求画出绳子的绕法。

二、实验步骤及操作的考查

按组装图把实验器材装配好后；用弹簧测力计测量出重物的重力G；在动滑轮下面挂上重物，并分别记下重物和弹簧测力计的位置；匀速竖直向上或向下拉弹簧测力计，使重物上升一段距离，读出弹簧测力计的读数F；用刻度尺分别量出重物上升的距离h和绳的自由端移动的距离s；由测得的数据，根据η==计算出滑轮组的机械效率。实验过程中关键要匀速向上或向下拉弹簧测力计，使读数更加稳定；读数时还要关注弹簧测力计的朝向不同时的读法，如图2甲图弹簧测力计的读数是2.4N，图2乙图弹簧测力计的读数是2.8N。

三、数据分析的考查

图2中D为铝制滑轮，E为铁制滑轮，其他滑轮都是塑料制造的。根据图2所示装置做了8次实验，数据记录如下表：分析第1和2次的实验数据可知滑轮组的机械效率与钩码上升的高度无关。分析1、3、4三次的实验数据可以得出同一滑轮组的机械效率与物重有关或成正比；根据η==，用同一滑轮组对不同的物体做功时，其额外功不变，重物越重时做的有用功越多，机械效率越高。根据以上分析也能说明“同一个机械，它的机械效率是一个定值”是错误的。分析1、5、6或1、7可知滑轮组的机械效率与动滑轮自身的重力有关；或提升同一物体，动滑轮越重（1、5、6都是一个动滑轮，但由于材料不同，导致重力不同；1和7是同种材料的动滑轮，F的动滑轮个数比A多），滑轮组做的额外功越多，机械效率越低。对比第1和8两次实验数据，可知同一滑轮组机械效率与绳子绕法无关，因为η==，对同一个物体做功时，所做的有用功是相同的，做的额外功也是相同的，所以同一滑轮组在不同绕线时的机械效率也是相同的，但此时它们的拉力不相同。进一步分析可知，在动滑轮和绳重一定的情况下，该滑轮组的机械效率与物重和摩擦有关。

四、提高机械效率的考查

提高机械效率主要采用增大有用功和减小额外功的办法，增大有用功采用增大物体重力的方法。减小额外功采用减轻动滑轮和绳的自重、减小轮和轴间的摩擦。

五、机械效率计算的考查

机械效率的计算是每年的必考项目，在选择题、填空题、实验题和计算题都会出现。实验的考查主要在分析数据和填空中出现，关键要分析清楚谁在做有用功、额外功和总功，例如计算上表第7次实验的机械效率并填入表格中，η====66.67%。

六、实验拓展的考查

初中物理深入学习的简单机械包括杠杆、滑轮及滑轮组、斜面，广东08年以实验题填表的形式考查了杠杆的机械效率，其他年份都是些小题。人教版教材主要对斜面的机械效率进行探究，粤教沪科版教材主要对滑轮组的机械效率进行探究。在研究杠杆的机械效率的实验考查中主要有两种，一是以中间为支点的杠杆，二是以某一边为支点的杠杆。如（08广东）如图3所示是测量杠杆机械效率的实验情景（杠杆的重力忽略不计），请在表中把相关的数据填写完整。再如（09江苏）用如图4所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，将杠杆拉至图中虚线位置，读出测力计的示数F，钩码总重为G，钩码上升高度为h，测力计移动距离为s，则杠杆的机械效率为η==。此实验使用该杠杆做额外功的一个原因：使用杠杆时需要克服杠杆自重（克服摩擦力）等做功。若为了探究同一杠杆的机械效率与哪些因素有关，则可在图4中先后将钩码挂在A、B、C三点，测量并计算机械效率并进行比较。为提高本实验中杠杆的机械效率，可以选择支点灵活的、比较轻便的杠杆进行实验。