测滑轮组的机械效率

“测定滑轮组机械效率”是初中物理教材中重要的学生实验之一，指导学生做好这个实验，首先使学生对使用滑轮组不仅能够省力、而且能够改变力的方向这一特点有清楚的认识和深刻的体会，其次通过实验为学生深刻理解有用功、额外功、总功和机械等概念提供了生动的素材，再次，通过这个实验为学生正确理解和应用功的原理，熟练进行机械效率的计算奠定了基础、铺平了道路．同时通过实验训练了学生的实验技能．

一、指导学生又快又好地穿绕绳子

下面是学生通过反复实验总结出的穿绕绳子时较好的一种方法：（1）首先将两套滑轮

的轴用一细线连接起来，再将它们悬挂起来，再在它们的最下端悬挂几个钩码（如图1），（2）对照滑轮组的组装示意图，另取一根绳子，将它拴在跟组装图对应的滑轮的挂钩上，再按一定的顺序让绳子一一穿过各滑轮，其次把绳子的另一端挂在弹簧秤上，最后再剪断连接滑轮转轴的那根细线． 二、指导学生正确使用弹簧秤

这个实验中，首先要用弹簧秤测量钩码的重力 端拉力的大小，用弹簧秤测量

与

及动滑轮的重力 ，其次，还要测量绳子自由

时，要等到钩码或动滑轮静止时读数，只有这样弹簧秤对钩码

的拉力与钩码的重力才会平衡，也才能使弹簧秤示数与钩码重力在数值上相等．

用弹簧秤测量绳子自由端拉力F时，为使拉力F的方向，与F在其方向通过距离便于测量，弹簧秤拉动绳子时应处于竖直状态．

同时，用弹簧秤测量绳子自由端拉力大小时，为使拉力大小始终不变，须使弹簧秤匀速运动．这样一来，由于弹簧秤的匀速运动，保证了滑轮组的匀速运动，同时也就保证了钩码的匀速运动，这从根本上保证了拉动滑轮组时，钩码受到的拉力与它的重力始终相等． 三、指导学生准确测量有关距离

测定滑轮组机械效率时，要测定钩码移动的距离及绳子自由端移动的距离，为了准确起见，测量钩码上升的距离h时，测量出先后两次钩码的度端距桌面的距离

，则钩码上升的距离为

，

而测量绳子自由端在拉力作用下移动的距离S时，先在细绳与动滑轮相切处作一标记，向上拉弹簧秤时，

这个标记将发生移动，这待停止拉动弹簧秤时，绳子上的另一点又与动滑轮相切，把这一切点作为新的标记，则新旧标记之间的距离即为绳子自由端移动的距离（此时绳子要拉紧）． 四、指导学生通过对实验数据的分析，验证有关的重要关系

有关滑轮组机械效率的计算，要应用到若干个关系，为此在实验中要使这些关系成立的条件让学生有所体会．

就距离方面，让学生先求出 的大小，再与绳子股数n加以对比，学生将会发现它们几乎相等，此

时若教师指出，不考虑绳子的伸缩形变时，则S与h的关系为： 即 它表明由一股绳子穿

绕而成的滑轮组，在不考虑绳子的伸缩形变时，绳子自由端移动的竖直距离S等于滑轮组下所挂重物移动距离h与承担重物和动滑轮绳子股数n的乘积．

就力的方面而言，让学生将 与绳子股数n比较，很易得到 ，即

，此时趁热打铁启发学生就能得到如下结论．

一般情况下：

不考虑摩擦等因素

不考虑动滑轮重力（如轻质滑轮），也不考虑摩擦等因素时还会有：

就功的方面考虑，先让学生明确绳子自由端拉力F所做的功为总功，即 功为有用功，即

，通过比较说明：

，提起钩码所做的

总是成立，可见利用滑轮组工作时，有用功在

总功里仅占一部分，因而 做一些功用

表示，于是

总是小于1，同时指出由于克服摩擦提升动滑轮本身及其它原因受额外

．

由此看出，若不考虑动滑轮的重力及摩擦等因素时 （功的原理）

考虑机械自重有其它因素时．

五、通过比较让学生明确滑轮组机械效率的决定因素．

先在同一滑轮组下挂重力不同的钩码，进行实验比较 与 的大小，可得到 ，它表明同一

滑轮组（或结构相同的滑轮组）其机械效率决定于滑轮组下所挂重物重力的大小．

再在结构不同的滑轮组下挂上重力相同的重物，比较 与 的大小将会得到 ，它又表明

用不同的滑轮组提起重力相同的物体，动滑轮重力越大其机械效率越低，因而滑轮组机械效率还与动滑轮重肯关．

其次在动、定滑轮个数相同的条件下，用不同的方法绕滑轮组，比较提起重力相同的重物时h的大小（如图4）

实验将会得到 的结论，这表明动、定滑轮个数相同，所挂重物相

同时，滑轮组机械效率与穿过动滑轮绳子的股数也有关系．

教学题目 四、实验：测滑轮组的机械效率。

教学自的 :通过学生实验，使学生进一步明确机械效率取决于有用功在总功里所占的成分，（即百分比）从而了解提高机械效率的途径。

教学器材 :刻度尺、钩码、弹簧秤、铁架台、一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组、两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组、长约2米的细绳。 教学方法: 学生实验与讨论。 教学内容

首先讨论上节课留的课外作业，指出：

1．提高机械效率的方法是尽可能减少额外功，即减少克服额外阻力所做的功。

2．P171想想议议

克服水重所做的功为有用功，克服水桶、绳子重所做的功为额外功。 从井里捞水桶时，克服水桶重所做的功为有用功，克服水桶里所带的水以及绳子重所做的功为额外功。

通过对以上问题的讨论，可见有用功，额外功主要取决于我们做功的目的性，加以区别，不是固定不变的。

【例如】我们用车推货物而做功，由于货物重而影响的摩擦力，克服这个摩擦阻力所做的功为有用，但由于车重而影响的摩擦力，克服这个摩擦阻力而做的功就是额外的功。

引言：本节课我们要通过测滑轮的机械效率，要进一步明确决定机械效率的两个条件，通过几个不同的方法所测定的效率，进一步认识提高机械效率的实际意义。

学会测定滑轮组机械效率的一些技术性问题。 实验中注意事项；

1．在实验中要将距离测量的准确些。 2．注意会将细绳绕在滑轮上。 2．尽可能在竖直方向上使用弹簧秤。 4．注意弹簧秤的示数要用牛顿表示。 5．拉动的过程中，尽可能使物体匀速上升。 6．可将各数据填入书中表格内。 7．注意分析实验中所出现误差的原因。