對(duì)“滑輪組機(jī)械效率”教學(xué)三點(diǎn)建議

喬壽林

機(jī)械效率知識(shí)的綜合性，使它成為中考命題中力學(xué)部分的主要選題。學(xué)生遇到此類(lèi)題目時(shí)，普遍感覺(jué)較難，出錯(cuò)率偏高。我們教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生在遇到這類(lèi)題目時(shí)，往往是機(jī)械的模仿，一味死套公式，感覺(jué)無(wú)從下手。下面我從幾個(gè)方面提出自己的建議，以尋求突破的方法。

一、給學(xué)生理清拉力F與物重G物、繩自由段移動(dòng)距離s與物體上升距離h之間的關(guān)系

學(xué)生對(duì)這兩種關(guān)系的理解直接影響學(xué)生對(duì)“三功”的準(zhǔn)確計(jì)算。

1.F與物重G物的關(guān)系：F=（G物+G動(dòng)）/n；條件：豎直方向上不計(jì)繩重和摩擦

很多學(xué)生只記公式而忽視此關(guān)系式成立的條件，如果不符合以上條件可能就有兩種情況：

a.豎直方向上考慮了繩重和摩擦，則F>（G物+G動(dòng)）/n；

b.如果是水平方向上拉動(dòng)，拉力與重力就沒(méi)直接關(guān)系了。

2.繩自由段移動(dòng)距離s與物體上升距離h之間的關(guān)系：s=nh，此等式成立是沒(méi)有條件的，即無(wú)論有無(wú)摩擦都成立。

由此延伸出的公式：v繩=nv物，此等式成立是沒(méi)有條件的，即無(wú)論有無(wú)摩擦都成立。

二、“三功”概念的教學(xué)要準(zhǔn)確到位，能掌握基本的求功方法

1.有用功（W有）

從做功角度看，如果某力所做的，功達(dá)到我們使用機(jī)械的目的，則此功就為有用功；從能量角度看，是系統(tǒng)對(duì)外界輸出有價(jià)值的能量。

幾種常見(jiàn)的情形：

a.豎直方向上提升重物：W有=Gh

b.水平方向上拉動(dòng)物體：W有=fh

c.W有=W總-W額

d.W有=W總·η

很多學(xué)生在遇到水平方向上拉動(dòng)物體時(shí)也死記公式W有=Gh，所以有用功不一定就是Gh。

2.額外功（W額）

從做功角度看，如果某力所做的功完全達(dá)不到我們使用機(jī)械的目的，而此功又不得不做，則此功就為額外功；額外功和有用功同時(shí)產(chǎn)生的；從能量角度看，是系統(tǒng)對(duì)外界輸出無(wú)價(jià)值的能量。

額外功產(chǎn)生的原因：

a.豎直方向上提升重物：克服動(dòng)滑輪自重、繩重、繩與滑輪之間的摩擦所做的功。

b.水平方向上拉動(dòng)物體：克服繩與滑輪之間的摩擦。

幾種常見(jiàn)的情形：

a.W額=G動(dòng)（不計(jì)繩重和摩擦）；

b.W額=W總-W有（有時(shí)候摩擦力未知的情況，多采用此方法）；

c.W有=W總·（1-η）

3.總功（W額）

總功就是有用功與額外功之和。

幾種常見(jiàn)的方法：

a.W總=W有+W額；

b.W總=Fs。

三、明晰影響滑輪組機(jī)械效率的因素

1.在豎直方向上提升重物

η=W有/W總=Gh/FS=Gh/Fnh=Gh/nF

a.如果存在摩擦力，則減小摩擦、減小動(dòng)滑輪自重都可以提高機(jī)械效率；

b.若不計(jì)摩擦，則公式可以變?yōu)棣?W有/W總=Gh/Fs=Gh/（Gh+G動(dòng)h）=G/（G+G動(dòng)），則可以增加物重或減小動(dòng)滑輪自重可以提高機(jī)械效率。

2.在水平方向上拉動(dòng)物體

在水平方向上拉動(dòng)物體時(shí)，有用功是克服物體與地面之間的摩擦力所做的功；額外功是克服繩與滑輪之間摩擦所做的功，與動(dòng)滑輪自重、物重沒(méi)多大關(guān)系，所以減小繩與滑輪之間摩擦可以提高滑輪組的機(jī)械效率。

計(jì)算公式：η=W有/W總=fh/Fs=fh/Fnh=f/nF

綜上所述，提高滑輪組的機(jī)械效率的方法有：

（1）減小額外功可以提高機(jī)械效率。減小額外功可以減小動(dòng)滑輪自重、減輕繩重、減小繩與滑輪之間的摩擦。

（2）在額外功不變的情況下，增大有用功。增大有用功可以增加物重、增大物塊與地面之間摩擦所做的功。

三、實(shí)驗(yàn)的一個(gè)注意點(diǎn)，教師需理解清楚

在“測(cè)定滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，只要同一物體被提升的高度h相同，那么有用功就都為Gh，勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)和加速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)的區(qū)別在于彈簧測(cè)力計(jì)做的總功不同，那么勻速拉動(dòng)和加速拉動(dòng)的機(jī)械效率就不同，為什么非要測(cè)定在勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)下滑輪組的機(jī)械效率呢？這個(gè)一直困擾著學(xué)生也困擾著老師。

1.問(wèn)題的分析

我們先從人們?cè)O(shè)定機(jī)械效率這個(gè)概念的目的談起，機(jī)械效率是描述機(jī)械使用性能的一個(gè)物理量，即使用時(shí)有用（達(dá)到目的需要）的功占使用機(jī)械總共做功的百分比。在有用功一定的情況下，機(jī)械的機(jī)械效率越大，機(jī)械使用時(shí)需做的額外功越少。任何人在使用機(jī)械時(shí)都希望使用機(jī)械效率大的機(jī)械，這也是人們選購(gòu)機(jī)械的一個(gè)重要參考量。所以我們肯定要測(cè)出這個(gè)機(jī)械的最大的機(jī)械效率。在測(cè)定時(shí)，若做加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)公式W總=Fs，拉力需做總功必然變大，而在提升相同高度的情況下，有用功不變，機(jī)械效率會(huì)變小，所以說(shuō)勻速拉動(dòng)測(cè)得的機(jī)械效率最大。我想，另外一個(gè)重要原因就是從操作層面上來(lái)說(shuō)的，當(dāng)勻速拉動(dòng)時(shí)比加速拉動(dòng)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)會(huì)更加穩(wěn)定，易于讀數(shù)。

2.實(shí)驗(yàn)的建議

在“測(cè)定滑輪組機(jī)械效率”時(shí)對(duì)于彈簧測(cè)力計(jì)使用應(yīng)遵循“勻速、豎直、緩慢”的原則。

綜上所述，我們?cè)诮虒W(xué)中應(yīng)該更重視概念的生成，關(guān)注公式的適用條件，注重實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中提升動(dòng)手能力，在思考中提升分析的能力，無(wú)論以后遇到什么樣題型能以不變應(yīng)萬(wàn)變。希望筆者的這一點(diǎn)點(diǎn)見(jiàn)解可以對(duì)同行的教學(xué)有一點(diǎn)幫助。

參考文獻(xiàn)：

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[2]朱宏強(qiáng).初中物理機(jī)械效率教學(xué)的幾點(diǎn)思考[J].2011（12）.