淺談如何提高機械中的效率

人們在日常生活中使用簡單機械的目的無非是從省力，省距離，或者是為了改變力的方向。但使用機械總是面臨著機械效率低下的尷尬。如何確實提高機械效率，筆者就教學中常見的簡單機械與2009年中考題入手，供同學參考。

一、杠桿的機械效率

例1(2009·江蘇)用如圖1所示的實驗裝置測量杠桿的機械效率。實驗時，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使掛在較長杠桿下面的鉤碼緩緩上升。

(1)實驗中，將杠桿拉至圖中虛線位置，測力計的示數(shù)F為________N，鉤碼總重C為1.0N，鉤碼上升高度h為0.1m，測力計移動距離s為0.3m，則杠桿的機械效率為％。請寫出使用該杠桿做額外功的一個原因：___________。

(2)為了進一步研究杠桿的機械效率與哪些因素有關(guān)，一位同學用該實驗裝置，先后將鉤碼掛在A、B兩點，測量并計算得到下表所示的兩組數(shù)據(jù)：

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，能否得出“杠桿的機械效率與所掛鉤碼的重有關(guān)，鉤碼越重其效率越高”的結(jié)論?答：___________；請簡要說明兩條理由：①___________；②___________。

解析(1)要細心看清測力計的最小分度值，就可讀出測力計的示數(shù)F為0.5N；根據(jù)η=w有用／W總×100％=Gh/Fs×100％，代人數(shù)據(jù)算出機械效率為66.7％；由于使用杠桿時需要克服杠桿自重或克服摩擦等而做額外功；(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)不能得出“杠桿的機械效率與所掛鉤碼的重有關(guān)，鉤碼越重其效率越高”的結(jié)論，這是因為兩次實驗時鉤碼沒有掛在同一位置，而僅根據(jù)一次對比實驗所得結(jié)論是不可靠的。

二、滑輪組的機械效率

例2(2009·河北)小明做“測滑輪組機械效率”實驗時，用圖18中所示的滑輪，組裝成滑輪組，請在圖中畫出使用該滑輪組時最省力的繞法。用此滑輪組將重為3.6N的物體勻速提起時，拉力的功率為0.36W，滑輪組的機械效率為75％。(忽略摩擦及繩重)

求：(1)繩子自由端移動的速度和動滑輪的總重。

(2)若用此滑輪組提起小于3.6N的重物時，其機械效率將如何改變?說明理由。

解析使用該滑輪組時最省力，繩子最后要從動滑輪繞出，繞法如圖2，繩子段數(shù)n=4。

(1)分析上表中的數(shù)據(jù)得出：當斜面時，越省力。

(2)分析表中的數(shù)據(jù)還可得出：當斜面___________時，斜面的機械效率最大。

(3)該小組又做了第4次實驗：他們在斜面上鋪上棉布，使斜而變粗糙，保持斜面高和長分別為0.5m和1m，用彈簧測力計拉著這個小車沿斜而向上做勻速直線運動，讀出這時彈簧測力計的示數(shù)為4.5N，則他們測出斜面的機械效率為把第4次與第___________次的測量結(jié)果相比較，才能得出：當斜面越粗糙時斜面的機械效率越小。

解析(1)三次試驗中沿斜面拉力最小的是2.2N，故當斜面較緩時，越省力；(2)看表中機械效率一欄，可得出當斜面最陡時，斜面的機械效率最大；(3)要比較斜面的粗糙程度影響其機械效率，必須保持斜面高和長度不變。從表中可看出：把第4次與第2次的測量結(jié)果相比較，才能得出：當斜面越粗糙時斜面的機械效率越小。

綜上所述：減小所使用機械的自身重力和摩擦，提高所提拉物體的重力是提高機械效率的可行方法。