郭佳

滑輪組機(jī)械效率問題求解方法探索

郭佳

在教學(xué)探索過程中和學(xué)生們學(xué)習(xí)物理的過程中，教師和學(xué)生都會(huì)遇到一個(gè)難以理解、就算能理解，解題的時(shí)候也倍感頭疼的問題——滑輪組機(jī)械效率。然而，這一問題卻恰恰是中考中必然考察的重要知識(shí)點(diǎn)之一。

機(jī)械效率；滑輪

一、何謂機(jī)械效率

機(jī)械效率是指一個(gè)機(jī)械在完成特定工作的過程中輸出的有用能量—有用功，與消耗的總能量--總功之間的比值。

二、機(jī)械效率的物理學(xué)特征

機(jī)械效率是物理學(xué)中為數(shù)不多的沒有單位的物理量之一，機(jī)械效率永遠(yuǎn)小于100%。我們可以通過降低滑輪與軸之間的摩擦、降低機(jī)械自重、盡量增加有用功等方法都能有效的提高機(jī)械效率。掌握這些知識(shí)對于進(jìn)一步提高簡單機(jī)械的認(rèn)識(shí)有重要的意義。

三、機(jī)械效率的教學(xué)難度

機(jī)械效率問題對學(xué)生的邏輯思維和抽象思維能力都提出了較高的要求。同時(shí)也給我們廣大教師的教學(xué)工作帶來了不小的麻煩。因?yàn)?，教學(xué)的目的不僅僅是讓學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)，更加重要的是讓他們能夠運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)解決實(shí)際問題。

四、針對機(jī)械效率問題的教學(xué)建議

我把滑輪組機(jī)械效率問題歸結(jié)為三大類（①理想類②忽略繩重和摩擦類③實(shí)際類），題目比較集中的要求學(xué)生求解兩個(gè)物理量（①作用在繩子自由端的拉力F②滑輪組機(jī)械效率η）如下表所示：

物理量類型F η理想類G物　1（100%）n忽略繩重和摩擦類G物+G輪G物G物+G輪實(shí)際類n W總　GnF s

說明：G物——被提升的物體的重力G輪——與物體同步上升的所有動(dòng)滑輪的總重力

n——繩子的股數(shù)W總——人提升物體所做的總功

F——人作用在繩子自由端的拉力s——自由端移動(dòng)的距離

下面，我們針對每一種題型舉例作一個(gè)解釋：

1.理想類：

例一：用如圖所示的滑輪組提升300N的重物，不計(jì)繩子的重力和各種摩擦以及機(jī)械自重，求：①所需的拉力F②滑輪組機(jī)械效率η

分析：您注意到雙線標(biāo)出的文字了嗎？這說明題目把此機(jī)械視為理想化的機(jī)械，因?yàn)樵斐深~外功的因素（繩重、摩擦和機(jī)械自重）統(tǒng)統(tǒng)可以忽略不計(jì)，于是可以直接運(yùn)用結(jié)論：使用理想滑輪組提升重物時(shí)，股數(shù)等于幾，拉力就是物重的幾分之一。而對于理想機(jī)械由于不計(jì)額外功，總功等于有用功，而所以η=100%=1

解：由于不計(jì)繩子的重力和各種摩擦以及機(jī)械自重，所以

由于大綱對此知識(shí)點(diǎn)要求較高，并且，理想化的機(jī)械實(shí)際并不存在，因此本類型題目占比例較少。

2.忽略繩重和摩擦類：

例二：某人用如圖所示的滑輪組勻速提升物重為200N的物體，每個(gè)滑輪重20N，不計(jì)繩重和摩擦，求：①所需的拉力F②滑輪組機(jī)械效率η分析：您注意到雙線標(biāo)出的文字了嗎？這意味著不計(jì)繩重和摩擦，但是必須考慮到產(chǎn)生額外功的另一個(gè)因素——機(jī)械自重，由于動(dòng)滑輪與物體同步上升，它的重力必然影響F和η。而定滑輪的重力由天花板承擔(dān)，不會(huì)產(chǎn)生額外功，在求解的時(shí)候，我們只要把動(dòng)滑輪重算在物體上面即可，

3.實(shí)際類：

例三：如圖所示是用滑輪組提升重物的裝置示意圖，物體重G=6×104N滑輪組的機(jī)械效率為80%，要把物體勻速提升1m，求：①W有用②W額外③拉力F

分析：由于題目沒有提到任何可以忽略的因素，我們必須把滑輪組視為實(shí)際的情況，既不成立，也不成立，求出F的唯一途徑就是，也就是說我們要盡量利用已知條件，先求出W總。是求解機(jī)械效率的萬能公式。適用于一切類型的題目，因?yàn)?，因此只要知道了n、F、G三個(gè)量就可直接求出η。

五、關(guān)于機(jī)械效率的教學(xué)誤區(qū)

在實(shí)際教學(xué)中學(xué)生們往往不善于將具體的題目與這些解題的套路相聯(lián)系，存在一定的盲目性。因此我們物理教師需要在例題講解和分析的過程中幫助學(xué)生一點(diǎn)一點(diǎn)的建立起解題的良好思維習(xí)慣，學(xué)會(huì)將已知條件歸納、分類。并且將一些條件進(jìn)行再加工，使之能夠成為進(jìn)一步解題的依據(jù)。

六、結(jié)束語

機(jī)械效率的知識(shí)是簡單機(jī)械知識(shí)的拓展和升華，在教材中有著舉足輕重的地位。但是也為我們廣大教師的教學(xué)帶來了不小的麻煩。希望筆者的這一點(diǎn)見解可以對我們的教學(xué)有一點(diǎn)點(diǎn)幫助，不當(dāng)之處歡迎廣大同行批評、指正，謝謝！

（作者單位：江蘇徐州高級中學(xué)初中物理教研組）