張偉
一、測定滑輪組機械效率的實驗
在測定滑輪組機械效率實驗中,探究影響機械效率的因素是該實驗的主要目標之一.
例1 張蘭和劉芳兩位同學運用如圖1所示的實驗裝置測定了滑輪組的機械效率,在全班交流實驗結果時,老師提出:如果各組所用滑輪和串繞繩子的方式不變,改變其他因素,是否會影響它的機械效率呢?大家積極思考,提出了各種猜想,概括起來有如下幾種:
猜想1:可能與勻速提升的速度大小有關;
猜想2:可能與被提升的鉤碼重力有關;
猜想3:可能與勻速提升的速度大小和被提升的鉤碼重力都有關;
猜想4:可能與鉤碼被提升的高度有關.
張蘭和劉芳分別根據各自的猜想進行了探究,實驗記錄如下表.
(1)請幫助張蘭完成表中的一項計算;
(2)請根據她們的實驗記錄,分別在表中寫出探究結果;
(3)歸納她們的實驗探究,你所得的結論是: .
解析 本題考查的是同學對測定滑輪組機械效率的計算及結論的總結,需要運用機械效率的計算及控制變量法分析數據,得出結論.從題目看計算是很簡單的,運用η=W有/W總=15N×h/(6N×3h)=83.3%,從張蘭的實驗數據看,速度相同時,鉤碼越重,機械效率越大;從劉芳的數據看鉤碼重力相同時,機械效率與速度大小無關.
點評 該實驗考查了同學對影響滑輪組機械效率因素的認識,從該題看,張蘭與劉芳的實驗數據只能得出機械效率與鉤碼重力的大小有關,與鉤碼被提升的高度及速度無關.其實影響滑輪組機械效率除了與鉤碼的重力有關外,還與動滑輪的重力、繩重及繩與滑輪間的摩擦有關.
二、滑輪組機械效率的相關計算
在滑輪組機械效率的計算中,經常會遇到機械效率發生改變的情況,最常見的是滑輪組所掛的物體的重力發生改變.
例2 一個工人用由一個定滑輪和一個動滑輪組成的滑輪組(不計摩擦和繩重),站在地上將400N重的貨物經過10s勻速提高4m,所用的拉力是250N,求:(1)這個工人做功的功率是多少?(2)此時滑輪組的機械效率是多少?(3)若把800N的重物提起,工人至少要用多大的拉力?
解析 由于站在地面向下拉繩,則吊起動滑輪的繩子段數為2段,則(1)P=W/t=250N
×4m×2/10s=200W;(2)η=W有/W總=400N×4m
/(250N×8m)=80%;(3)由于不計摩擦與繩重,則由F=1/2(G+G動)得G動=2×250N-400N=100N,則F=1/2×(800N+100N)=450N.
點評 對于同一滑輪組,動滑輪的重力不變,由于所掛重物變成800N,其機械效率發生了改變.因而計算拉力時不能用前面的機械效率進行計算,只能先求出動滑輪重,再計算拉力.由于不計摩擦及繩重,則動滑輪的重力可以用F=1/n(G+G動)求出,然后再用F=1/n(G+G動)計算拉力.