探究影响滑轮组机械效率的因素

陈拥军

【摘要】探究性试验教学真正体现物理教学思想，培养学生能力的重要手段，本文以点带面从探究影响滑轮组机械效率因素入手，对在探究实验中应注意的问题提出一些看法，为今后中学物理探究实验教学指明方向。

【关键词】设计思想 教学设计 验证猜想 知识反馈 设计总结。

1.设计思想

本教学设计首先从影响滑轮组机械效率注意事项入手进行实验探究，并在此过程中理解实验在科学探究中的作用，通过分析、观察、测量、比较、收集证据，作出解释，然后提出新的课题--如何提高机械效率，鼓励学生学以致用，解决实际问题，让学生经历科学探究过程，培养了学生的探究意识，激发了他们的创新能力。

2.教学设计

总是小于1。那么产生这种现象的原因是什么？

是测量错误还是测量误差？学生讨论：有些学生认为

是读数时产生的测量误差。带着这个想法重新回到 （1）

实验发现所测机械效率还是大于100%。那么是不是测量错误呢？测量错误又是怎样产生的呢？

演示：老师将如图A所示的弹簧秤倒立过来如图B所示，同学们发现了什么？答：发现弹簧缩短了，那么弹簧缩短的原因是什么？

学生提问：既然当弹簧秤向下拉时由于弹簧及挂钩自重影响

滑轮组机械效率的测量，为了避免由于弹簧自重而带来的测量错

误，我们应将弹簧秤向上拉。随后实验小组利用如图（2）所示

通过数据分析实验小组使用同一滑轮组而且钩码重，物体被提升高度均等的情况下为什么机械效率不同呢？

探究二：拉力的方向对滑轮组机械效率的影响

通过（1）（2）两次数据比较发现，拉力F的大小不同，自由端移动的距离不同，为什么不同？让学生带着这个问题重新回到实验发现

在做第一次和第二次实验过程中拉力的方向不同，第一次

使拉力的方向竖直向上，第二次拉力方向与竖直方向成一

定角度如下图C、D所示：

那么拉力的方向不同会导致什么不同呢？学生猜想：动力臂与阻力臂的比值不同。验证猜想，如下图所示当拉力方向分别与竖直方向成00、300、450、600角的情况下此时动力臂分别是阻力臂的2倍 倍、 倍、1倍。

根据杠杆的

平衡条件：动力

×动力臂=阻力

×阻力臂可知当

拉力方向与竖直

方向成300、450、600角时拉力F分别为物重的 、 、1倍，因此当竖直向上拉时拉力F= （G+G轮）/2（忽略磨擦阻力）当斜向上拉时，拉力F的大小大于（G+G轮）/2，而且发现绳子自由端移动的距离并不等于重物上升高度的2倍而是大于2倍，因此，根据公式W总=F·S可知，W总随着α角的增大而增大，故在测量如图（C）所示滑轮组机械效率时拉力方向始终竖直向上且必须是匀速的。

通过利用上述两种滑轮组的机械效率测定发现当拉线从定滑轮出时应考虑弹簧及挂钩的自重，当拉线从动滑轮出时应注意拉力的方向和速度。

过渡：请看插图用一个重为1000N的大型动滑轮提升一个重量为10N的箱子，求该滑轮组的机械效率为多少？（g=10N/kg）

想一想：你是否愿意利用该动滑轮来提升较轻的物体，学生回答：不。因为机械效率低，那么如何提高机械效率呢？学生讨论分析得出要提高机械效率应尽可能减少滑轮自重，尽可能减少各种摩擦阻力，那么同学们的讨论结果是否正确呢？

探究三：探究滑轮自重对机械效率的影响？

通过实验数据分析滑轮自重确实是影响机械效率的一个因素，因此提高机械效率就必须减轻滑轮自重，我们知道滑轮自重不可能无限减小，那么提高机械效率是否还有其它途径呢？

探究四：探究被提升物体重量对机械效率的影响。

实验小组用同一滑轮组提升重量不同的物体分别测定滑轮组的机械效率数据列表如下：

通过数据分析：实验小组利用同一滑轮组提升重量不同的物体时，滑轮组的机械效率也不同，且机械效率随着提升物体重量的增加而增加，因此增加提升物体重量同样也是提高机械效率的途径。

教师对机械效率进行理论分析：

3.知识反馈：

某同学利用三种不同的滑轮组来提升重量不

同的物体时，测得物重与机械效率的关系如

下图所示，那么从G-？图像中可获取哪些信息？

答：1、从a、b、c三条曲线可知滑轮组的机械效率是随着重物的增加而增加，在同一滑轮组中W额不变，增加W有从而提高机械效率。

2、a、b、c三条曲线均无限接近100%，说明使用滑轮组由于W额的存在？永远不会等于1，即？<1。

3、从图像可知在W有（即提升重物G）相同时，使用a曲线对应的滑轮组提升物体时W额最少，而使用C曲线对应的滑轮组提升物体时W额最多，因此我们在生活中应选择a曲线所对应的滑轮组。

4.设计总结

本实验设计从生活走向物理，从物理走向生活，让学生感到知识就在身边，身边蕴藏知识，设计中尤其注重让学生体验经历探究的过程，引导学生对机械效率的探究，学生通过自己的实验探究，不但加深了机械效率概念的理解，而且对"效率"概念有进一步的认识，因为在我们生产、生活中处处讲效率，处处要提高效率，带着效率的思考离开课堂，走向更大的思维空间。

参考文献

[1] 义务教育课程标准实验教科书九年级《物理》人民教育出版社