淺析初中物理“效率”模塊的備考策略

盧海恩

【摘要】? “效率”模塊的復(fù)習(xí)中，它包括八年級(jí)下冊(cè)的機(jī)械效率和九年級(jí)的熱機(jī)效率，在中考備考教學(xué)中，效率類型的題目形式多樣，有時(shí)讓學(xué)生很難把握好，本人從滑輪組機(jī)械效率、斜面機(jī)械效率、熱機(jī)效率三個(gè)方面論述，希望能夠提高復(fù)習(xí)效率，揚(yáng)起學(xué)生學(xué)習(xí)的風(fēng)帆。

【關(guān)鍵詞】? 滑輪組機(jī)械效率 斜面機(jī)械效率 熱機(jī)效率

【中圖分類號(hào)】? G633.7? ?? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】? A ? ? 【文章編號(hào)】? 1992-7711（2020）25-069-03

時(shí)間對(duì)于每個(gè)人來(lái)講都是平等的，尤其對(duì)于面對(duì)中考的初三學(xué)生來(lái)說(shuō)，時(shí)間非常重要，為此，提高復(fù)習(xí)的效率尤為重要。“效率”模塊的復(fù)習(xí)中，它包括八年級(jí)下冊(cè)的機(jī)械效率和九年級(jí)的熱機(jī)效率，在中考備考教學(xué)中，效率類型的題目形式多樣，有時(shí)讓學(xué)生好難把握好，本人從滑輪組機(jī)械效率、斜面機(jī)械效率、熱機(jī)效率三個(gè)復(fù)習(xí)模塊來(lái)論述，希望能夠提高復(fù)習(xí)效率，揚(yáng)起學(xué)生學(xué)習(xí)的風(fēng)帆。

一、充分理解滑輪組機(jī)械效率各物理量的意義

滑輪組的機(jī)械效率在中考以填空、選擇、作圖、實(shí)驗(yàn)、綜合等形式出現(xiàn)，能充分理解滑輪組的各物理量顯得十分重要。

1.W有，W總，W額的理解

如右圖甲，用彈簧測(cè)力計(jì)將鉤碼緩慢勻速提升一定高度，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，并量出距離，計(jì)算出克服鉤碼重力做的功。即W有=G物h.乙圖中，利用動(dòng)滑輪將同樣的鉤碼緩慢勻速提升相同的高度，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，并量出繩子移動(dòng)的距離，計(jì)算出拉力所做的功。即W總=Fs.結(jié)果表明，乙圖中拉力做的功多一些，即W總〉W有。即使用了滑輪所做的功W總既包括了克服物體自身重力所做的功W有，也包括了克服動(dòng)滑輪自身重力所做的額外功W額，根據(jù)機(jī)械效率η=W有/W總，可知，η總小于1.

2.滑輪組公式的運(yùn)用

機(jī)械效率η=W有/W總，其中W有=Gh，G指被提升的重力，h指物體上升的距離;W總=Fs，F(xiàn)指拉力的大小，s指繩子自由端移動(dòng)的距離。若有n條線經(jīng)過(guò)動(dòng)滑輪，則s=nh.

例題：如圖所示，用滑輪組提升重物時(shí)，重300N的物體在10s內(nèi)勻速上升1m.已知拉繩子的力F為200N，則提升重物的過(guò)程中，則拉力做的功是_____________，滑輪組的機(jī)械效率是_________________。

解：因?yàn)橛?條繩子經(jīng)過(guò)動(dòng)滑輪，則繩子自由端被拉下的距離s=2h=2×1m=2m，則拉力做的功W總=Fs=200N×2m=400J，而W有=Gh=300N×1m=300J，則機(jī)械效率η=W有/W總=75%.

2.1公式的變形

若有n條繩子經(jīng)過(guò)動(dòng)滑輪，如果不算G動(dòng)，則作用在繩子自由端的拉力F=1/n×G物，如果要算G動(dòng)，則拉力F=1/n×（G物+G動(dòng)）。

2.1.1求G動(dòng)

例：如圖所示，不計(jì)繩重和摩擦，用拉力F=8N把重G=12N的物體勻速提起，則動(dòng)滑輪重為N該滑輪的機(jī)械效率為。

解：因?yàn)橛?條繩子經(jīng)過(guò)動(dòng)滑輪，根據(jù)公式拉力F=1/n×（G物+G動(dòng)），變形得：G動(dòng)=n×F-G物=2×8N-12N=4N，機(jī)械效率η=W有/W總=Gh/F×2h，分式上下約掉h，所以η等于75%.

2.1.2求F拉

例：如圖3所示，已知物體A重100N，動(dòng)滑輪重為20N，當(dāng)物體A勻速上升高度為1m時(shí)，繩子移動(dòng)的距離為___________m，人對(duì)繩子的拉力為___________N，拉力所做的功為_________J.（繩子與滑輪的摩擦力忽略不計(jì)）

解：因?yàn)橛?條繩子經(jīng)過(guò)動(dòng)滑輪，所以繩子移動(dòng)的距離s=2×h=2×1m=2m，則拉力F拉=1/2（G物+G動(dòng)）=1/2（100N+20N）=60N，那么拉力做的功W總=Fs=60N×2m=120J

2.1.3、求G物

如圖用一個(gè)動(dòng)滑輪將重為0.8N物體勻速提升1m，則：拉力N，克服重物做的功J，機(jī)械效率。

解：彈簧測(cè)力計(jì)可知F拉=2.4N，根據(jù)公式拉力F=1/n×（G物+G動(dòng)），變形得：

G物=n×F拉-G動(dòng)=2×2.4N-0.8N=4N，W有=Gh=4N×1m=4J，W總=Fs=2.4N×2m=4.8J，則η=W有/W總=4J/4.8J=83.3%

通過(guò)上面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)對(duì)機(jī)械效率各物理量的概念、基本公式應(yīng)用已經(jīng)有一個(gè)初步的掌握，現(xiàn)在再把“蘋果”抬高一點(diǎn)，讓學(xué)生蹬一蹬。

1.滑輪組條數(shù)的繞線

例：小華做一滑輪組機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)時(shí)，其中鉤碼上升高度為0.1m，繩子移動(dòng)距離為0.3m，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出實(shí)驗(yàn)中滑輪組的繞繩方法

解：依題意，h=0.1m，s=0.3m，根據(jù)s=nh可知n=3，即有3條繩經(jīng)過(guò)動(dòng)滑輪，根據(jù)口決“奇動(dòng)偶定”，所以饒線的起點(diǎn)動(dòng)滑輪出發(fā)。

解：如圖

2.求滑輪組平放時(shí)的機(jī)械效率

若滑輪組平放時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生先對(duì)物體受力分析，物體受一個(gè)向前的拉力向前運(yùn)動(dòng)，則向后受到一個(gè)摩擦力，把圖順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)90度，豎起來(lái)看過(guò)去，學(xué)生就可以看到技巧：把物體受到的摩擦力“看成”上面公式中G物，就可以解決問(wèn)題了。

例：如圖所示，在15N的水平拉力F作用下，重300N的物體沿水平地面向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)，物體與地面間的滑動(dòng)摩擦力為38N，物體向左前進(jìn)了1m，克服摩擦力做功__________J，滑輪組的機(jī)械效率____________。

解：克服摩擦力做功，W有=F摩×h=38N×1m=38J，因?yàn)榻?jīng)過(guò)動(dòng)滑輪的條數(shù)n=3，所以繩子（即拉力）移動(dòng)的距離s=3h=3×1m=3m，所以拉力做的功W總=Fs=15N×3m=45J，所以η=W有/W總=84.4%。

3.滑輪組的實(shí)驗(yàn)題：

例：某同學(xué)在做滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)，得到的數(shù)據(jù)如下表所示，其中滑輪組的連線如右下圖所示。

（1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中拉力應(yīng)沿___________勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼上升。

（2）通過(guò)表中數(shù)據(jù)可分析出第1次實(shí)驗(yàn)是用___________（選填“甲”或“乙”）圖所示裝置做的實(shí)驗(yàn)。

（3）通過(guò)第1次實(shí)驗(yàn)和第2次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析：使用不同的滑輪組提升相同的重物時(shí)，動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)越少（動(dòng)滑輪的質(zhì)量越大），滑輪組的機(jī)械效率___________（選填“越高”、“不變”或“越低”）。

（4）小組同學(xué)再用第1次實(shí)驗(yàn)中使用的裝置做第3次實(shí)驗(yàn)，表中第3次實(shí)驗(yàn)中空缺的數(shù)據(jù)應(yīng)為：繩端移動(dòng)距離s=___________m，機(jī)械效率η=___________?。

（5）比較第1次實(shí)驗(yàn)和第3次實(shí)驗(yàn)可得出結(jié)論：使用同一滑輪組，被提升的物體越重，機(jī)械效率越___________。

解：（1）豎直方向（2）第1次實(shí)驗(yàn)中，h=0.1m，s=0.3m，則經(jīng)過(guò)動(dòng)滑輪的條數(shù)n=3，所以是甲圖。（3）因?yàn)閯?dòng)滑輪的個(gè)數(shù)越少，即額外功越少，所以機(jī)械效率越高。（4）繩端移動(dòng)距離s=3h=3×0.1m=0.3m.W有=Gh=6N×0.1m=0.6J，W總=Fs=2.4N×0.3m=0.72J，則機(jī)械效率η=W有/W總=83.3%。（5）高。

4.滑輪組的綜合應(yīng)用

例1：如圖，用滑輪組將重200N的物體從底面積為400cm2的圓柱形容器中提起，容器中水面由90cm降到70cm。已知每個(gè)滑輪重均為20N（不計(jì)繩重、及滑輪與中心軸間的摩擦）。求：（1）所提起物體的密度（2）物體完全出水后繼續(xù)上升的過(guò)程中，滑輪組的機(jī)械效率

解：（1）m=G/g=200N/10N·kg-1=20Kg=2×104g

V=Sh=400cm2×（90-70）cm=8000cm3

ρ=m/V=2×104g/（8×103cm3）=2.5g/cm3=2.5×103kg/m3

（2）、因?yàn)橛?條繩子經(jīng)過(guò)動(dòng)滑輪，所以F拉=1/3（G物+G動(dòng)）=220/3N，所以機(jī)械效率η=W有/W總=G物h/F拉3h=90.9%。

二、斜面的機(jī)械效率的復(fù)習(xí)

它一般以填空、實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)。首先讓學(xué)生明白“借助”斜面有什么作用，即能夠省力，用斜面搬東西的“目的”是什么，把東西搬到高處，即克服物體重力做的功為有用功，即W有=Gh，接著，讓學(xué)生理解什么力讓物體搬到高處，是人的拉力，沿著斜面拉物體的力，既把東西搬到高處，同時(shí)也包括克服斜面的摩擦力等的額外功，即是總功，W總=Fs.

如例題1：如圖所示為斜面長(zhǎng)1m，高0.2m的斜面，現(xiàn)將重10N的物體A從斜面底端勻速拉到斜面頂端，需要的拉力2.5N。則斜面的機(jī)械效率是___________，摩擦力___________N

解：（1）物體的有用功：W有=Gh=10N×0.2m=2J;總功：W總=FS=2.5N×1m=2.5J，所以，所以機(jī)械效率η=W有/W總=80%

（2）克服摩擦力所做的額外功：W額外=W總-W有用=2.5J-2J=0.5J，f摩=W額/s=0.5N

三、熱機(jī)效率的復(fù)習(xí)

學(xué)生對(duì)日常生活中的熱效率問(wèn)題比較熟悉，那從生活中的熱效率再過(guò)渡到熱機(jī)效率，相對(duì)學(xué)生比較容易接收。如：用煤氣燒水，裝水的容器會(huì)吸收一部分能量，高溫的煙氣也帶走一部分能量，還有一部分能量直接散失到空氣中等，所以水吸收的熱量只占煤氣完全燃燒放出熱量的一部分，只有水吸收的熱量才是有效利用的。解這類題的關(guān)鍵要教會(huì)學(xué)生從“目的”出發(fā)，確定有用功，從誰(shuí)提供能量，確定總功。

例：某電水壺銘牌上標(biāo)有“220V1000W”等字樣，一同學(xué)用這種電水壺將水溫是40℃的1kg水燒開（在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）用時(shí)300秒，在電路正常工作的情況下，求：該電水壺的效率。

解：這題的目的是燒開水，那有用功即是水吸收的熱量即Q吸，Q吸=c水m△t=4.2×103J/（kg℃）×1kg×（100℃-40℃）=2.52×105J。能量是電熱水壺提供，即它消耗的電能是總功，即W總=Pt=1000W×300s=3×105J。則電水壺的效率為：η=Q吸/W總×100%=2.52×105J/3×105J×100%=84%。

熱機(jī)也有類似的情況，汽油在汽缸內(nèi)因不能完全燃燒，以此損失了一部分能量，廢氣帶走了一部分能量，克服摩擦也消耗一部分能量等，而對(duì)外做有用功的那部分能量，只占燃料燃燒時(shí)所釋放能量的一部分。解這題的關(guān)鍵也要先教會(huì)學(xué)生從“目的”出發(fā)，確定有用功，從誰(shuí)提供能量，確定總功，從而解決熱機(jī)效率的有關(guān)問(wèn)題。

例：一輛汽車在平直的公路上勻速行駛，受到的阻力是8000N，勻速行駛15Km，耗油4Kg，求：汽油熱機(jī)的效率？（q油=4.48×107J/Kg）

解：題目的“目的”是汽車公路上行駛，又因?yàn)槠囎鰟蛩傩旭?，所以汽車克服阻力做的功是有用功，W有=fs=8000N×15000m=1.2×108J。能量是燃燒汽油提供的，即Q總=mq=4Kg×4.48×107J/Kg=1.792J×108J，則汽油機(jī)的機(jī)械效率η=W有/Q總×100%=67%

還有一些其它效率如太陽(yáng)能熱水器效率類型的題目，這類題“目的”是給水加熱，故水吸收的熱量即為有用能量，即Q吸=c水m△t，太陽(yáng)能提供能量，即太陽(yáng)輻射的能量即為總能量，即W總，則太陽(yáng)能熱水器的加熱效率為η=Q吸/W總。

以上是本人從滑輪組機(jī)械效率、斜面的機(jī)械效率、熱機(jī)的機(jī)械效率三方面進(jìn)行分析總結(jié)，讓學(xué)生高效學(xué)習(xí)效率模塊的幾點(diǎn)看法。我相信：我們教師如果能正確引導(dǎo)學(xué)生找到切入口以及分析問(wèn)題的方法，教會(huì)學(xué)生從題目的“目的”出發(fā)，從而確定有用功、從誰(shuí)提供能量，從而確定總功。這樣，他們會(huì)對(duì)“效率”模塊的復(fù)習(xí)更有信心，從而揚(yáng)起學(xué)生學(xué)習(xí)的風(fēng)帆，定能取得理想的物理成績(jī)。

[ 參? 考? 文? 獻(xiàn) ]

[1]《中學(xué)物理》2016年第11期P24-26.

[2]八年級(jí)物理下冊(cè)教師教學(xué)用書，人民教育出版社2016年10月P155-158.

[3]九年級(jí)物理全一冊(cè)教師教學(xué)用書，人民教育出版社2016年4月P35-38.