影響機械效率的因素到底是什么

吳永余

話題是這樣引起的，昨天九年級部組織實施學情調研檢測，其中物理學科試卷上有這么一道解答題，其中“進一步分析可知，在動滑輪和繩重一定的情況下，該滑輪組的機械效率與___和___有關。”這一問題的設置引起了老師的熱烈討論。

題目如下：

29.（6分）在測量滑輪組機械效率的活動中，小吳同學測量了下列數據。請幫助他完成下列活動任務。

（1）請在右圖中畫出實驗中滑輪組的繞繩方法。

（2）小吳同學在記錄數據時漏填了一個數據，請幫他將表格中的數據補充完整。

（3）經過分析發現：用同一滑輪組提升不同重物至同一高度，當被提升的物重增加時，滑輪組的機械效率將 （選填“變大”“變小”或“不變”）。

進一步分析可知，在動滑輪和繩重一定的情況下，該滑輪組的機械效率與 和 有關。

（4）小吳同學在第一次實驗中，使鉤碼上升0.1m所用的時間為1.5s，則他說做功的功率為 W。

討論：影響機械效率的因素到底是什么？同組的甲老師認為答案應該是“摩擦”和“拉力大小”，同組的乙老師認為答案應該是“摩擦”和“拉力方向”，而命題人給出的標準答案是“物重”和“摩擦”。同組的丙老師認為答案應該是物重G和動滑輪重G動。

初看他們的分析似乎都蠻有道理的，但似乎沒有考慮其中“進一步分析”隱含的問題，筆者認為，進一步分析實驗測量的數據，可以發現，三次實驗中的動滑輪重G動和物體上升的高度h是一定的，即克服動滑輪重所做的額外功是一定的，即W額動=G動h=0.5N×0.1m=0.05J。

而三次動力F所做的有用功是增大的，總功也是增大的。但是根據W額=W總-W有計算出來的W額是增大的。

第一次實驗：

W有=Gh=1N×0.1m=0.1J，

W總=Fs=0.7N×0.3m=0.21J，

η=W有/W總=0.1J/0.21J=47.6%

W額=W總-W有=0.21J-0.1J=0.11J

W額其他=W額-W額動=0.11J-0.05J=0.06J

第二次實驗：

W有=Gh=2N×0.1m=0.2J，

W總=Fs=1.1N×0.3m=0.33J，

η=W有/W總=0.2J/0.33J=60.6%

W額=W總-W有=0.33J-0.2J=0.13J

W額其他=W額-W額動=0.13J-0.05J=0.08J

第三次實驗：

W有=Gh=4N×0.1m=0.4J，

W總=Fs=2N×0.3m=0.6J，

η=W有/W總=0.4J/0.6J=66.7%

W額=W總-W有=0.6J-0.4J=0.2J

W額其他=W額-W額動=0.2J-0.05J=0.15J

分析數據可知：拉力F增大的原因是物重增大引起的，直接原因還在物重的增大。所以甲老師的答案不對；在這個實驗中拉力必須要沿著豎直方向勻速運動，拉力的方向發生改變是操作上的不合理，顯然錯誤；至于丙老師分析的一點沒有錯，關鍵是本題中已經明確動滑輪重G動不變了。

三次拉力F克服動滑輪重所做的額外功是一定的，而總的額外功增大，其中的原因就是克服摩擦力所做的額外功在增大。因為當物重增大時，繩子和滑輪之間的壓力增大，摩擦力當然增大。所以筆者認為填“摩擦”肯定是正確的答案。至于另一個答案填“物重”也沒有科學性的問題，不過說回來，這道題目如果這樣設置題干“進一步分析可知，在動滑輪和繩重一定的情況下，該滑輪組的機械效率還與 有關。”就更好了。

編輯 魯翠紅