滑輪組機械效率問題求解方法探索

郭佳

滑輪組機械效率問題求解方法探索

郭佳

在教學探索過程中和學生們學習物理的過程中，教師和學生都會遇到一個難以理解、就算能理解，解題的時候也倍感頭疼的問題——滑輪組機械效率。然而，這一問題卻恰恰是中考中必然考察的重要知識點之一。

機械效率；滑輪

一、何謂機械效率

機械效率是指一個機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、機械效率的物理學特征

機械效率是物理學中為數不多的沒有單位的物理量之一，機械效率永遠小于100%。我們可以通過降低滑輪與軸之間的摩擦、降低機械自重、盡量增加有用功等方法都能有效的提高機械效率。掌握這些知識對于進一步提高簡單機械的認識有重要的意義。

三、機械效率的教學難度

機械效率問題對學生的邏輯思維和抽象思維能力都提出了較高的要求。同時也給我們廣大教師的教學工作帶來了不小的麻煩。因為，教學的目的不僅僅是讓學生掌握知識點，更加重要的是讓他們能夠運用知識點解決實際問題。

四、針對機械效率問題的教學建議

我把滑輪組機械效率問題歸結為三大類（①理想類②忽略繩重和摩擦類③實際類），題目比較集中的要求學生求解兩個物理量（①作用在繩子自由端的拉力F②滑輪組機械效率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滑輪的總重力

n——繩子的股數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——自由端移動的距離

下面，我們針對每一種題型舉例作一個解釋：

1.理想類：

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

分析：您注意到雙線標出的文字了嗎？這說明題目把此機械視為理想化的機械，因為造成額外功的因素（繩重、摩擦和機械自重）統統可以忽略不計，于是可以直接運用結論：使用理想滑輪組提升重物時，股數等于幾，拉力就是物重的幾分之一。而對于理想機械由于不計額外功，總功等于有用功，而所以η=100%=1

解：由于不計繩子的重力和各種摩擦以及機械自重，所以

由于大綱對此知識點要求較高，并且，理想化的機械實際并不存在，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，每個滑輪重20N，不計繩重和摩擦，求：①所需的拉力F②滑輪組機械效率η分析：您注意到雙線標出的文字了嗎？這意味著不計繩重和摩擦，但是必須考慮到產生額外功的另一個因素——機械自重，由于動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，不會產生額外功，在求解的時候，我們只要把動滑輪重算在物體上面即可，

3.實際類：

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。是求解機械效率的萬能公式。適用于一切類型的題目，因為，因此只要知道了n、F、G三個量就可直接求出η。

五、關于機械效率的教學誤區

在實際教學中學生們往往不善于將具體的題目與這些解題的套路相聯系，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生一點一點的建立起解題的良好思維習慣，學會將已知條件歸納、分類。并且將一些條件進行再加工，使之能夠成為進一步解題的依據。

六、結束語

機械效率的知識是簡單機械知識的拓展和升華，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帶來了不小的麻煩。希望筆者的這一點見解可以對我們的教學有一點點幫助，不當之處歡迎廣大同行批評、指正，謝謝！

（作者單位：江蘇徐州高級中學初中物理教研組）