影響滑輪組機械效率的因素

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.