测量滑轮组的机械效率

马腾飞　苏丹丹

机械效率是衡量机械性能的重要指标，也是学习其他效率的基础，具有十分重要的现实意义.与滑轮组的机械效率有关的试题也是各类考试的难点.常考的知识点主要涉及“滑轮组机械效率的计算”和“影响滑轮组机械效率的因素分析”.只有对测量滑轮组的机械效率实验有了深刻理解，我们才能灵活解决上述问题.

滑轮组机械效率的测量

测量滑轮组机械效率的原理是η=W有/W总=Gh/Fs，实验装置如图1所示.需要测量的物理量有拉力F、钩码上升高度h、钩码重G、绳子自由端移动的距离s.主要实验步骤为：

（1）按图1所示，组装滑轮组，算出钩码所受的重力G.并记下钩码和绳子上标定点A点的位置.

（2）匀速竖直缓慢拉动弹簧测力计.使钩码缓慢上升.读出拉力F的值，并用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s.

（3）算出有用功W有、总功W总、机械效率η，并填入表1.

（4）改变钩码的数量，重复上述实验.

（5）实验完毕，整理实验器材，

拓展实验：用动滑轮质量不同的两个滑轮组吊起相同的重物.比较两个滑轮组机械效率的高低.

实验结束，通过数据分析，我们不难得出：

（1）同一滑轮组，提起物体越重，机械效率越高.滑轮组的效率与物体重有关.

（2）提起同一物体，动滑轮越重，机械效率越低.滑轮组的效率与动滑轮重有关.

影响滑轮组机械效率的因素分析

从机械效率的定义来分析.影响滑轮组机械效率的因素是有用功和额外功.有用功越大.额外功越小，机械效率越高.根据公式W有=Gh可知，影响有用功的因素是物体重G和物体提升的高度h.由于物体上升的高度h与拉力移动的距离s有着特殊关系（s=nh），在推导式中h会被约掉.因此提升重物越重，有用功越大：影响额外功的因素主要是动滑轮重、绳子和轮之间的摩擦力（通常忽略绳重），这两者越小，额外功越小.所以从定义角度来分析影响机械效率的因素主要有三个：物体重、动滑轮重和摩擦力.

综上分析可知，提高滑轮组机械效率的方法有：（1）增加物重.（2）减小动滑轮重.（3）减小机械间的摩擦.

实验过程中我们要注意：

（1）弹簧测力计要竖直匀速缓慢拉动.物体匀速上升，物体受到的拉力才等于弹簧测力计的示数.如果加速拉动，拉力的测量值将会偏大，会导致机械效率偏小.

（2）不能在弹簧测力计静止时读数.由于忽略了摩擦力对滑轮组机械效率的影响，测出的数据会有一定误差.

（3）实验中可改进方案，省略刻度尺的使用，利用η=G/ nF来计算，结果更精确.

例（2019.自贡）小明和小强在测“滑轮组机械效率”的实验中，一同学组装好如图2所示的实验装置，他们分别记下了钩码和弹簧测力计的位置.

（1）实验时，小明____竖直向上拉动弹簧测力计，使钩码升高，弹簧测力计读数为0.5 N，同时小强也用刻度尺测出钩码被提升的高度为10 cm.以上测量结果准确无误，其他被测物理量和计算数据记录如表2.

（2）小明和小强通过计算得出该滑轮组机械效率为100%.他们意识到出现了错误，请你帮他俩找出错误的原因：____.

（3）该滑轮组的机械效率实际为____ .

（4）在实验中，若将钩码重增加到6N，则该滑轮组的机械效率将____（填“变大”“变小”或“不变”）.

解析：（1）在实验时，应竖直匀速缓慢拉动弹簧测力计，根据二力平衡可知，弹簧测力计的示数等于绳子的拉力.（2）由图可知，滑轮组中承重的绳子数n=3：钩码上升的高度h=0.1 m.根据s=nh，则s=3x0.1 m=0.3 m，实验表格中s计算错误，这道题考查的虽然也是s=nh这个考点，但是问法十分隐秘，很容易被同学们忽略.增加了难度，这提示同学们，误差和错误的分析，要关注多方面，如机械效率的影响因素，测量工具的读数及使用問题，相关物理量的计算等.（3）根据滑轮组机械效率的推1N×01 m导式η= W总= Fs =0.5 Nx0.3 m =66.7%. （4）物体重G增大，即有用功增加，有用功在总功中占的比重增大，则该滑轮组的机械效率将变大.

答案：（1）匀速 （2）弹簧测力计提升的高度应该是0.3 m （3）66.7% （4）变大

责任编辑 蔡华杰