测量滑轮组的机械效率

2020-11-06 04:17马腾飞苏丹丹
关键词:有用功动滑轮机械效率

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

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