滑輪組機(jī)械效率的分析

曾 文

（江西省萍鄉(xiāng)市安源區(qū)第一中學(xué) 江西萍鄉(xiāng) 337000）

滑輪組機(jī)械效率的分析

曾 文

（江西省萍鄉(xiāng)市安源區(qū)第一中學(xué) 江西萍鄉(xiāng) 337000）

本文以滑輪組機(jī)械效率的定義為切入點(diǎn)，對(duì)其相關(guān)例題做細(xì)致的探討研究，期望為提升初中滑輪組機(jī)械效率知識(shí)的教學(xué)質(zhì)量，與優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，提供有益的參考。

滑輪組 機(jī)械效率 力學(xué) 分析

初中力學(xué)知識(shí)對(duì)學(xué)生而言顯得抽象而復(fù)雜，其中滑輪組機(jī)械效率更是其知識(shí)內(nèi)容中的重難點(diǎn)學(xué)識(shí)，學(xué)生常反應(yīng)學(xué)不懂、用不來，對(duì)相關(guān)的知識(shí)理論僅能死搬套用課本概念、公式，自身缺乏對(duì)其的深入理解與熟練掌握，進(jìn)而影響學(xué)生的物理知識(shí)水平與學(xué)習(xí)效率。因此本文以滑輪組機(jī)械效率的概念為研究出發(fā)點(diǎn)，就其展開深入的剖析講解。［1］

一、滑輪組機(jī)械效率的定義分析

機(jī)械效率是物理領(lǐng)域中對(duì)有用功與總功之間比值的概稱。要在初中物理課堂教學(xué)中讓學(xué)生有效理解滑輪組機(jī)械效率的概念，并能進(jìn)行熟練、準(zhǔn)確的運(yùn)用，首先需要對(duì)有用功、額外功與總功這三個(gè)定義做詳細(xì)、精確的教學(xué)，給學(xué)生打好相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。［2］

1.有用功，是指對(duì)人有利用價(jià)值的功

有用功的概念難點(diǎn)在于“對(duì)人有利用價(jià)值”的理解上，雖然學(xué)生一般能從字面意思上了解其概念含義，但在涉及問題的判明解析時(shí)，容易因“利用價(jià)值”的模糊、抽象性而影響到學(xué)生的準(zhǔn)確判斷。對(duì)此教師在教學(xué)中可以人們利用滑輪的目的為指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生以此為方向來研究、判別功是否具有“對(duì)人有利用價(jià)值”。例如使用滑輪組將某物體從一樓提升到五樓，這時(shí)使用滑輪組的目的是提升物體，是對(duì)人有“利用價(jià)值”的功，因而此情景下的滑輪組用功為有用功。

2.額外功，指對(duì)人沒有利用價(jià)值卻又必須得做的功

對(duì)額外功的理解在有了有用功的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，可以更好幫助學(xué)生認(rèn)知，掌握其定義、概念。額外功中“對(duì)人沒有利用價(jià)值卻又不得不做”的概念涵蓋有兩層含義：一是人們不得不做，二是滑輪組的利用目的并非是人的意愿。同樣以樓層間滑輪組提升物體為例，人們提升物體有的時(shí)候是為達(dá)成自己的目的，有的時(shí)候則是迫于無奈使用滑輪組。其中后者的情況孫然對(duì)動(dòng)滑輪也做了功，但這部分功對(duì)人沒有“利用價(jià)值”，因此是額外功。并且除了動(dòng)滑輪以外，繩重、摩擦也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的額外功。

3.總功，動(dòng)力做功成為總功

利用滑輪組進(jìn)程中，動(dòng)力所做的功，即所有的功（有用功與額外功的總額和），被稱為總功，同樣以樓層間提升物體為例，對(duì)物體、動(dòng)滑輪、繩索以及因摩擦所做的功的總和就是總功。

取一例題做分析探究：

例1：下列說法中正確的是（）

A.用水桶從井中打水過程中，對(duì)水桶所做的功為有用功

B.用水桶從井中打水過程中，對(duì)井水所做的功為總功

C.當(dāng)水桶掉進(jìn)井中，把水桶從井下打撈上來的過程里，對(duì)水桶所做的功為有用功

D.當(dāng)水桶掉進(jìn)井中，把水桶從井下打撈上來的過程里，對(duì)井水所做的功為總功

此題的考查重點(diǎn)在于學(xué)生對(duì)有用功與總功定義的認(rèn)知和區(qū)分，由答案選項(xiàng)可知本題存在兩類滑輪組做功現(xiàn)象，一是使用水桶從井中打水，二是從井下打撈起水桶。在前者情形下，使用水桶進(jìn)行打水，人利用滑輪組的目的在于提水，因此對(duì)水所做的功為有用功，而為了提水不得不做的額外功是對(duì)水桶的做功。因此對(duì)水桶所做功為額外功，而對(duì)水與水桶所做功之和為總功，所以選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。在后者情形下，將水桶從井下打撈起，人使用滑輪組的目的在于打撈起水桶，因 此對(duì) 水桶所做功為有用功，選項(xiàng)C正確，相對(duì)的為了打撈起水桶而必須做的功是對(duì)水的做功，因此對(duì)水所做功為額外功，則對(duì)水與水桶做功之和為總功，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

二、滑輪組機(jī)械效率的例題研究

例2：如圖1所示，人們使用滑輪組來提升某物體，在不考慮繩重與摩擦力的條件 下，如果人們使用150N里能剛好將重400N的物體豎直向上做勻速抬升，那么在物體提升1 m的進(jìn)程中：

人們所做有 用功是多少？

滑輪組的機(jī)械效率為多少？

本題中滑輪組對(duì)物體所做功為有用功，即W有用=G物h，而要計(jì)算機(jī)械效率還需先求出總功，即W總=Fs，而是可由s=nh求出，因此：

即人們所做有用功為400J，機(jī)械效率為88.9%。

結(jié)語

要分析滑輪組機(jī)械效率問題，首先需要對(duì)其相關(guān)定義概念做充分的掌握，進(jìn)而以正確的運(yùn)算方法與公式做實(shí)際問題的求解，才能有效解決滑輪組機(jī)械效率的問題，提升學(xué)生對(duì)該部分知識(shí)的理解運(yùn)用。

［1］任恒鳳.滑輪組機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及解讀［J］.安慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，02：133-136.

［2］郭佳.滑輪組機(jī)械效率問題求解方法探索［J］.亞太教育，2015，05：32.