影响滑轮组机械效率的因素

张伟

一、测定滑轮组机械效率的实验

在测定滑轮组机械效率实验中，探究影响机械效率的因素是该实验的主要目标之一.

例1 张兰和刘芳两位同学运用如图1所示的实验装置测定了滑轮组的机械效率，在全班交流实验结果时，老师提出：如果各组所用滑轮和串绕绳子的方式不变，改变其他因素，是否会影响它的机械效率呢？大家积极思考，提出了各种猜想，概括起来有如下几种：

猜想1：可能与匀速提升的速度大小有关；

猜想2：可能与被提升的钩码重力有关；

猜想3：可能与匀速提升的速度大小和被提升的钩码重力都有关；

猜想4：可能与钩码被提升的高度有关.

张兰和刘芳分别根据各自的猜想进行了探究，实验记录如下表.

（1）请帮助张兰完成表中的一项计算；

（2）请根据她们的实验记录，分别在表中写出探究结果；

（3）归纳她们的实验探究，你所得的结论是： .

解析 本题考查的是同学对测定滑轮组机械效率的计算及结论的总结，需要运用机械效率的计算及控制变量法分析数据，得出结论.从题目看计算是很简单的，运用η=W有/W总=15N×h/（6N×3h）=83.3%，从张兰的实验数据看，速度相同时，钩码越重，机械效率越大；从刘芳的数据看钩码重力相同时，机械效率与速度大小无关.

点评 该实验考查了同学对影响滑轮组机械效率因素的认识，从该题看，张兰与刘芳的实验数据只能得出机械效率与钩码重力的大小有关，与钩码被提升的高度及速度无关.其实影响滑轮组机械效率除了与钩码的重力有关外，还与动滑轮的重力、绳重及绳与滑轮间的摩擦有关.

二、滑轮组机械效率的相关计算

在滑轮组机械效率的计算中，经常会遇到机械效率发生改变的情况，最常见的是滑轮组所挂的物体的重力发生改变.

例2 一个工人用由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组（不计摩擦和绳重），站在地上将400N重的货物经过10s匀速提高4m，所用的拉力是250N，求：（1）这个工人做功的功率是多少？（2）此时滑轮组的机械效率是多少？（3）若把800N的重物提起，工人至少要用多大的拉力？

解析 由于站在地面向下拉绳，则吊起动滑轮的绳子段数为2段，则（1）P=W/t=250N

×4m×2/10s=200W；（2）η=W有/W总=400N×4m

/（250N×8m）=80%；（3）由于不计摩擦与绳重，则由F=1/2（G+G动）得G动=2×250N-400N=100N，则F=1/2×（800N+100N）=450N.

点评 对于同一滑轮组，动滑轮的重力不变，由于所挂重物变成800N，其机械效率发生了改变.因而计算拉力时不能用前面的机械效率进行计算，只能先求出动滑轮重，再计算拉力.由于不计摩擦及绳重，则动滑轮的重力可以用F=1/n（G+G动）求出，然后再用F=1/n（G+G动）计算拉力.