浅析初中物理“效率”模块的备考策略

卢海恩

【摘要】  “效率”模块的复习中，它包括八年级下册的机械效率和九年级的热机效率，在中考备考教学中，效率类型的题目形式多样，有時让学生很难把握好，本人从滑轮组机械效率、斜面机械效率、热机效率三个方面论述，希望能够提高复习效率，扬起学生学习的风帆。

【关键词】  滑轮组机械效率 斜面机械效率 热机效率

【中图分类号】  G633.7            【文献标识码】  A     【文章编号】  1992-7711（2020）25-069-03

时间对于每个人来讲都是平等的，尤其对于面对中考的初三学生来说，时间非常重要，为此，提高复习的效率尤为重要。“效率”模块的复习中，它包括八年级下册的机械效率和九年级的热机效率，在中考备考教学中，效率类型的题目形式多样，有时让学生好难把握好，本人从滑轮组机械效率、斜面机械效率、热机效率三个复习模块来论述，希望能够提高复习效率，扬起学生学习的风帆。

一、充分理解滑轮组机械效率各物理量的意义

滑轮组的机械效率在中考以填空、选择、作图、实验、综合等形式出现，能充分理解滑轮组的各物理量显得十分重要。

1.W有，W总，W额的理解

如右图甲，用弹簧测力计将钩码缓慢匀速提升一定高度，读出弹簧测力计的示数，并量出距离，计算出克服钩码重力做的功。即W有=G物h.乙图中，利用动滑轮将同样的钩码缓慢匀速提升相同的高度，读出弹簧测力计的示数，并量出绳子移动的距离，计算出拉力所做的功。即W总=Fs.结果表明，乙图中拉力做的功多一些，即W总〉W有。即使用了滑轮所做的功W总既包括了克服物体自身重力所做的功W有，也包括了克服动滑轮自身重力所做的额外功W额，根据机械效率η=W有/W总，可知，η总小于1.

2.滑轮组公式的运用

机械效率η=W有/W总，其中W有=Gh，G指被提升的重力，h指物体上升的距离;W总=Fs，F指拉力的大小，s指绳子自由端移动的距离。若有n条线经过动滑轮，则s=nh.

例题：如图所示，用滑轮组提升重物时，重300N的物体在10s内匀速上升1m.已知拉绳子的力F为200N，则提升重物的过程中，则拉力做的功是_____________，滑轮组的机械效率是_________________。

解：因为有2条绳子经过动滑轮，则绳子自由端被拉下的距离s=2h=2×1m=2m，则拉力做的功W总=Fs=200N×2m=400J，而W有=Gh=300N×1m=300J，则机械效率η=W有/W总=75%.

2.1公式的变形

若有n条绳子经过动滑轮，如果不算G动，则作用在绳子自由端的拉力F=1/n×G物，如果要算G动，则拉力F=1/n×（G物+G动）。

2.1.1求G动

例：如图所示，不计绳重和摩擦，用拉力F=8N把重G=12N的物体匀速提起，则动滑轮重为N该滑轮的机械效率为。

解：因为有2条绳子经过动滑轮，根据公式拉力F=1/n×（G物+G动），变形得：G动=n×F-G物=2×8N-12N=4N，机械效率η=W有/W总=Gh/F×2h，分式上下约掉h，所以η等于75%.

2.1.2求F拉

例：如图3所示，已知物体A重100N，动滑轮重为20N，当物体A匀速上升高度为1m时，绳子移动的距离为___________m，人对绳子的拉力为___________N，拉力所做的功为_________J.（绳子与滑轮的摩擦力忽略不计）

解：因为有2条绳子经过动滑轮，所以绳子移动的距离s=2×h=2×1m=2m，则拉力F拉=1/2（G物+G动）=1/2（100N+20N）=60N，那么拉力做的功W总=Fs=60N×2m=120J

2.1.3、求G物

如图用一个动滑轮将重为0.8N物体匀速提升1m，则：拉力N，克服重物做的功J，机械效率。

解：弹簧测力计可知F拉=2.4N，根据公式拉力F=1/n×（G物+G动），变形得：

G物=n×F拉-G动=2×2.4N-0.8N=4N，W有=Gh=4N×1m=4J，W总=Fs=2.4N×2m=4.8J，则η=W有/W总=4J/4.8J=83.3%

通过上面的学习，学生已经对机械效率各物理量的概念、基本公式应用已经有一个初步的掌握，现在再把“苹果”抬高一点，让学生蹬一蹬。

1.滑轮组条数的绕线

例：小华做一滑轮组机械效率实验时，其中钩码上升高度为0.1m，绳子移动距离为0.3m，请在图中画出实验中滑轮组的绕绳方法

解：依题意，h=0.1m，s=0.3m，根据s=nh可知n=3，即有3条绳经过动滑轮，根据口决“奇动偶定”，所以饶线的起点动滑轮出发。

解：如图

2.求滑轮组平放时的机械效率

若滑轮组平放时，引导学生先对物体受力分析，物体受一个向前的拉力向前运动，则向后受到一个摩擦力，把图顺时针转过90度，竖起来看过去，学生就可以看到技巧：把物体受到的摩擦力“看成”上面公式中G物，就可以解决问题了。

例：如图所示，在15N的水平拉力F作用下，重300N的物体沿水平地面向左做匀速直线运动，物体与地面间的滑动摩擦力为38N，物体向左前进了1m，克服摩擦力做功__________J，滑轮组的机械效率____________。

解：克服摩擦力做功，W有=F摩×h=38N×1m=38J，因为经过动滑轮的条数n=3，所以绳子（即拉力）移动的距离s=3h=3×1m=3m，所以拉力做的功W总=Fs=15N×3m=45J，所以η=W有/W总=84.4%。

3.滑轮组的实验题：

例：某同学在做滑轮组机械效率的实验，得到的数据如下表所示，其中滑轮组的连线如右下图所示。

（1）实验过程中拉力应沿___________匀速拉动弹簧测力计，使钩码上升。

（2）通过表中数据可分析出第1次实验是用___________（选填“甲”或“乙”）图所示装置做的实验。

（3）通过第1次实验和第2次实验的数据分析：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的个数越少（动滑轮的质量越大），滑轮组的机械效率___________（选填“越高”、“不变”或“越低”）。

（4）小组同学再用第1次实验中使用的装置做第3次实验，表中第3次实验中空缺的数据应为：绳端移动距离s=___________m，机械效率η=___________ 。

（5）比较第1次实验和第3次实验可得出结论：使用同一滑轮组，被提升的物体越重，机械效率越___________。

解：（1）竖直方向（2）第1次实验中，h=0.1m，s=0.3m，则经过动滑轮的条数n=3，所以是甲图。（3）因为动滑轮的个数越少，即额外功越少，所以机械效率越高。（4）绳端移动距离s=3h=3×0.1m=0.3m.W有=Gh=6N×0.1m=0.6J，W总=Fs=2.4N×0.3m=0.72J，则机械效率η=W有/W总=83.3%。（5）高。

4.滑轮组的综合应用

例1：如图，用滑轮组将重200N的物体从底面积为400cm2的圆柱形容器中提起，容器中水面由90cm降到70cm。已知每个滑轮重均为20N（不计绳重、及滑轮与中心轴间的摩擦）。求：（1）所提起物体的密度（2）物体完全出水后继续上升的过程中，滑轮组的机械效率

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）、因为有3条绳子经过动滑轮，所以F拉=1/3（G物+G动）=220/3N，所以机械效率η=W有/W总=G物h/F拉3h=90.9%。

二、斜面的机械效率的复习

它一般以填空、实验出现。首先让学生明白“借助”斜面有什么作用，即能够省力，用斜面搬东西的“目的”是什么，把東西搬到高处，即克服物体重力做的功为有用功，即W有=Gh，接着，让学生理解什么力让物体搬到高处，是人的拉力，沿着斜面拉物体的力，既把东西搬到高处，同时也包括克服斜面的摩擦力等的额外功，即是总功，W总=Fs.

如例题1：如图所示为斜面长1m，高0.2m的斜面，现将重10N的物体A从斜面底端匀速拉到斜面顶端，需要的拉力2.5N。则斜面的机械效率是___________，摩擦力___________N

解：（1）物体的有用功：W有=Gh=10N×0.2m=2J;总功：W总=FS=2.5N×1m=2.5J，所以，所以机械效率η=W有/W总=80%

（2）克服摩擦力所做的额外功：W额外=W总-W有用=2.5J-2J=0.5J，f摩=W额/s=0.5N

三、热机效率的复习

学生对日常生活中的热效率问题比较熟悉，那从生活中的热效率再过渡到热机效率，相对学生比较容易接收。如：用煤气烧水，装水的容器会吸收一部分能量，高温的烟气也带走一部分能量，还有一部分能量直接散失到空气中等，所以水吸收的热量只占煤气完全燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的。解这类题的关键要教会学生从“目的”出发，确定有用功，从谁提供能量，确定总功。

例：某电水壶铭牌上标有“220V1000W”等字样，一同学用这种电水壶将水温是40℃的1kg水烧开（在一个标准大气压下）用时300秒，在电路正常工作的情况下，求：该电水壶的效率。

解：这题的目的是烧开水，那有用功即是水吸收的热量即Q吸，Q吸=c水m△t=4.2×103J/（kg℃）×1kg×（100℃-40℃）=2.52×105J。能量是电热水壶提供，即它消耗的电能是总功，即W总=Pt=1000W×300s=3×105J。则电水壶的效率为：η=Q吸/W总×100%=2.52×105J/3×105J×100%=84%。

热机也有类似的情况，汽油在汽缸内因不能完全燃烧，以此损失了一部分能量，废气带走了一部分能量，克服摩擦也消耗一部分能量等，而对外做有用功的那部分能量，只占燃料燃烧时所释放能量的一部分。解这题的关键也要先教会学生从“目的”出发，确定有用功，从谁提供能量，确定总功，从而解决热机效率的有关问题。

例：一辆汽车在平直的公路上匀速行驶，受到的阻力是8000N，匀速行驶15Km，耗油4Kg，求：汽油热机的效率？（q油=4.48×107J/Kg）

解：题目的“目的”是汽车公路上行驶，又因为汽车做匀速行驶，所以汽车克服阻力做的功是有用功，W有=fs=8000N×15000m=1.2×108J。能量是燃烧汽油提供的，即Q总=mq=4Kg×4.48×107J/Kg=1.792J×108J，则汽油机的机械效率η=W有/Q总×100%=67%

还有一些其它效率如太阳能热水器效率类型的题目，这类题“目的”是给水加热，故水吸收的热量即为有用能量，即Q吸=c水m△t，太阳能提供能量，即太阳辐射的能量即为总能量，即W总，则太阳能热水器的加热效率为η=Q吸/W总。

以上是本人从滑轮组机械效率、斜面的机械效率、热机的机械效率三方面进行分析总结，让学生高效学习效率模块的几点看法。我相信：我们教师如果能正确引导学生找到切入口以及分析问题的方法，教会学生从题目的“目的”出发，从而确定有用功、从谁提供能量，从而确定总功。这样，他们会对“效率”模块的复习更有信心，从而扬起学生学习的风帆，定能取得理想的物理成绩。

[ 参  考  文  献 ]

[1]《中学物理》2016年第11期P24-26.

[2]八年级物理下册教师教学用书，人民教育出版社2016年10月P155-158.

[3]九年级物理全一册教师教学用书，人民教育出版社2016年4月P35-38.