滑轮组机械效率问题求解方法探索

郭佳

滑轮组机械效率问题求解方法探索

郭佳

在教学探索过程中和学生们学习物理的过程中，教师和学生都会遇到一个难以理解、就算能理解，解题的时候也倍感头疼的问题——滑轮组机械效率。然而，这一问题却恰恰是中考中必然考察的重要知识点之一。

机械效率；滑轮

一、何谓机械效率

机械效率是指一个机械在完成特定工作的过程中输出的有用能量—有用功，与消耗的总能量--总功之间的比值。

二、机械效率的物理学特征

机械效率是物理学中为数不多的没有单位的物理量之一，机械效率永远小于100%。我们可以通过降低滑轮与轴之间的摩擦、降低机械自重、尽量增加有用功等方法都能有效的提高机械效率。掌握这些知识对于进一步提高简单机械的认识有重要的意义。

三、机械效率的教学难度

机械效率问题对学生的逻辑思维和抽象思维能力都提出了较高的要求。同时也给我们广大教师的教学工作带来了不小的麻烦。因为，教学的目的不仅仅是让学生掌握知识点，更加重要的是让他们能够运用知识点解决实际问题。

四、针对机械效率问题的教学建议

我把滑轮组机械效率问题归结为三大类（①理想类②忽略绳重和摩擦类③实际类），题目比较集中的要求学生求解两个物理量（①作用在绳子自由端的拉力F②滑轮组机械效率η）如下表所示：

物理量类型F η理想类G物　1（100%）n忽略绳重和摩擦类G物+G轮G物G物+G轮实际类n W总　GnF s

说明：G物——被提升的物体的重力G轮——与物体同步上升的所有动滑轮的总重力

n——绳子的股数W总——人提升物体所做的总功

F——人作用在绳子自由端的拉力s——自由端移动的距离

下面，我们针对每一种题型举例作一个解释：

1.理想类：

例一：用如图所示的滑轮组提升300N的重物，不计绳子的重力和各种摩擦以及机械自重，求：①所需的拉力F②滑轮组机械效率η

分析：您注意到双线标出的文字了吗？这说明题目把此机械视为理想化的机械，因为造成额外功的因素（绳重、摩擦和机械自重）统统可以忽略不计，于是可以直接运用结论：使用理想滑轮组提升重物时，股数等于几，拉力就是物重的几分之一。而对于理想机械由于不计额外功，总功等于有用功，而所以η=100%=1

解：由于不计绳子的重力和各种摩擦以及机械自重，所以

由于大纲对此知识点要求较高，并且，理想化的机械实际并不存在，因此本类型题目占比例较少。

2.忽略绳重和摩擦类：

例二：某人用如图所示的滑轮组匀速提升物重为200N的物体，每个滑轮重20N，不计绳重和摩擦，求：①所需的拉力F②滑轮组机械效率η分析：您注意到双线标出的文字了吗？这意味着不计绳重和摩擦，但是必须考虑到产生额外功的另一个因素——机械自重，由于动滑轮与物体同步上升，它的重力必然影响F和η。而定滑轮的重力由天花板承担，不会产生额外功，在求解的时候，我们只要把动滑轮重算在物体上面即可，

3.实际类：

例三：如图所示是用滑轮组提升重物的装置示意图，物体重G=6×104N滑轮组的机械效率为80%，要把物体匀速提升1m，求：①W有用②W额外③拉力F

分析：由于题目没有提到任何可以忽略的因素，我们必须把滑轮组视为实际的情况，既不成立，也不成立，求出F的唯一途径就是，也就是说我们要尽量利用已知条件，先求出W总。是求解机械效率的万能公式。适用于一切类型的题目，因为，因此只要知道了n、F、G三个量就可直接求出η。

五、关于机械效率的教学误区

在实际教学中学生们往往不善于将具体的题目与这些解题的套路相联系，存在一定的盲目性。因此我们物理教师需要在例题讲解和分析的过程中帮助学生一点一点的建立起解题的良好思维习惯，学会将已知条件归纳、分类。并且将一些条件进行再加工，使之能够成为进一步解题的依据。

六、结束语

机械效率的知识是简单机械知识的拓展和升华，在教材中有着举足轻重的地位。但是也为我们广大教师的教学带来了不小的麻烦。希望笔者的这一点见解可以对我们的教学有一点点帮助，不当之处欢迎广大同行批评、指正，谢谢！

（作者单位：江苏徐州高级中学初中物理教研组）