探究影响滑轮组机械效率的因素

又到了物理课的时间啦．马老师带领大家一起走进物理实验室．来探究影响滑轮组机械效率的因素.

走进实验室，同学们发现每个实验桌上都摆放着滑轮、细绳、弹簧测力计、刻度尺和铁架台，所有滑轮的大小都一样，马老师让各实验小组的同学用两个材质相同的滑轮组装成“一定一动”的滑轮组，要求一、二、三小组的同学用两个塑料滑轮进行组装，四、五、六小组的同学用两个铁滑轮进行组装，并用组装好的滑轮组提升钩码，如图1．用弹簧测力计分别测出钩码所受的重力G及绳子自由端受到的拉力F．用刻度尺测出钩码上升的高度h及绳子自由端移动的距离s，并让大家及时将测出的实验数据记录在表格中，利用公式η=W有/W总×100%=Gh/Fs×100%计算滑轮组的机械效率．

“实验过程中，还有什么注意事项呀？”小芳问马老师．“大家在用弹簧测力计测绳子自由端的拉力时，要沿竖直方向缓慢匀速拉动弹簧测力计，在拉动过程中读取弹簧测力计的示数．并及时记下弹簧测力计的示数，”马老师说，“老师，能不能在弹簧测力计拉着绳子静止时．记下弹簧测力计的示数？”小芳又问道.

“你们可以实际尝试一下这两种方式，”马老师说．

马老师说完后，各实验小组的同学开始动手做实验．小芳所在实验小组用的是塑料滑轮，小敏所在实验小组用的是铁滑轮，实验结束后，他们各自展示了实验数据，如表1、2所示．

其他实验小组都测出实验数据后，马老师引导大家一起分析这两组实验数据，马老师说：“同学们，咱们通过对比小芳所在实验小组和小敏所在实验小组的两组实验数据不难发现，使用同一滑轮组提升物体，物体所受的重力越大，其机械效率越高．两个实验小组提升相同的物体时，由于小芳所在实验小组使用的动滑轮所受的重力比小敏所在实验小组的小．故小芳所在实验小组的滑轮组的机械效率比小敏所在实验小组的高，因此可得出．提升相同的物体时，滑轮组中动滑轮越重，其机械效率越低．通过对上面的实验数据进行对比分析，我们可以得出，滑动组的机械效率不仅与物体所受的重力有关，还跟动滑轮所受的重力有关．”

马老师接着提出问题：“同学们，你们在用弹簧测力计测绳子自由端的拉力时，沿竖直方向缓慢匀速拉动弹簧测力计的过程中读取的数值，和用弹簧测力计拉着绳子自由端静止时读取的数值有何不同？”小芳说：“我们发现．沿竖直方向缓慢匀速拉动弹簧测力计的过程中读取的数值，比用弹簧测力计拉着绳子自由端静止时读取的数值大，这是为什么呢？”马老师解释道：“沿竖直方向匀速缓慢拉着绳子自由端．需要克服绳子与滑轮之间及轮与轴之间的摩擦力，因此读取的弹簧测力计示数大．我们实际使用滑轮组的过程中，都是拉着滑轮组的绳子自由端提升物体的，在运动过程中都会克服绳子与滑轮及轮与轴之间的摩擦力，要多做一些额外功，其机械效率也低些．”

物理课代表小辉说：“利用滑轮组提升物体时，拉力要克服物体所受的重力及动滑轮所受的重力做功，同时还要克服摩擦力做功，若滑轮组中动滑轮承担物重的有效绳子段数为n，则绳子自由端的拉力F=G物+G动+f摩/n，可推导出η=G物/nF×100%=（G物/G物+G动+f摩）×100%，从中我们不难发现，滑轮组的机械效率跟物体所受的重力、动滑轮所受的重力、绳子和滑轮之间及滑轮与轴之间的摩擦力都有关，而与绳子自由端移动的距离、物体上升的高度及滑轮组绳子的绕法都无关．”同学们听完他的精准分析，热烈地鼓起了掌.