对“滑轮组机械效率”教学三点建议

乔寿林

机械效率知识的综合性，使它成为中考命题中力学部分的主要选题。学生遇到此类题目时，普遍感觉较难，出错率偏高。我们教学过程中发现学生在遇到这类题目时，往往是机械的模仿，一味死套公式，感觉无从下手。下面我从几个方面提出自己的建议，以寻求突破的方法。

一、给学生理清拉力F与物重G物、绳自由段移动距离s与物体上升距离h之间的关系

学生对这两种关系的理解直接影响学生对“三功”的准确计算。

1.F与物重G物的关系：F=（G物+G动）/n；条件：竖直方向上不计绳重和摩擦

很多学生只记公式而忽视此关系式成立的条件，如果不符合以上条件可能就有两种情况：

a.竖直方向上考虑了绳重和摩擦，则F>（G物+G动）/n；

b.如果是水平方向上拉动，拉力与重力就没直接关系了。

2.绳自由段移动距离s与物体上升距离h之间的关系：s=nh，此等式成立是没有条件的，即无论有无摩擦都成立。

由此延伸出的公式：v绳=nv物，此等式成立是没有条件的，即无论有无摩擦都成立。

二、“三功”概念的教学要准确到位，能掌握基本的求功方法

1.有用功（W有）

从做功角度看，如果某力所做的，功达到我们使用机械的目的，则此功就为有用功；从能量角度看，是系统对外界输出有价值的能量。

几种常见的情形：

a.竖直方向上提升重物：W有=Gh

b.水平方向上拉动物体：W有=fh

c.W有=W总-W额

d.W有=W总·η

很多学生在遇到水平方向上拉动物体时也死记公式W有=Gh，所以有用功不一定就是Gh。

2.额外功（W额）

从做功角度看，如果某力所做的功完全达不到我们使用机械的目的，而此功又不得不做，则此功就为额外功；额外功和有用功同时产生的；从能量角度看，是系统对外界输出无价值的能量。

额外功产生的原因：

a.竖直方向上提升重物：克服动滑轮自重、绳重、绳与滑轮之间的摩擦所做的功。

b.水平方向上拉动物体：克服绳与滑轮之间的摩擦。

几种常见的情形：

a.W额=G动（不计绳重和摩擦）；

b.W额=W总-W有（有时候摩擦力未知的情况，多采用此方法）；

c.W有=W总·（1-η）

3.总功（W额）

总功就是有用功与额外功之和。

几种常见的方法：

a.W总=W有+W额；

b.W总=Fs。

三、明晰影响滑轮组机械效率的因素

1.在竖直方向上提升重物

η=W有/W总=Gh/FS=Gh/Fnh=Gh/nF

a.如果存在摩擦力，则减小摩擦、减小动滑轮自重都可以提高机械效率；

b.若不计摩擦，则公式可以变为η=W有/W总=Gh/Fs=Gh/（Gh+G动h）=G/（G+G动），则可以增加物重或减小动滑轮自重可以提高机械效率。

2.在水平方向上拉动物体

在水平方向上拉动物体时，有用功是克服物体与地面之间的摩擦力所做的功；额外功是克服绳与滑轮之间摩擦所做的功，与动滑轮自重、物重没多大关系，所以减小绳与滑轮之间摩擦可以提高滑轮组的机械效率。

计算公式：η=W有/W总=fh/Fs=fh/Fnh=f/nF

综上所述，提高滑轮组的机械效率的方法有：

（1）减小额外功可以提高机械效率。减小额外功可以减小动滑轮自重、减轻绳重、减小绳与滑轮之间的摩擦。

（2）在额外功不变的情况下，增大有用功。增大有用功可以增加物重、增大物块与地面之间摩擦所做的功。

三、实验的一个注意点，教师需理解清楚

在“测定滑轮组机械效率”的实验中，只要同一物体被提升的高度h相同，那么有用功就都为Gh，匀速拉动弹簧测力计和加速拉动弹簧测力计的区别在于弹簧测力计做的总功不同，那么匀速拉动和加速拉动的机械效率就不同，为什么非要测定在匀速拉动弹簧测力计下滑轮组的机械效率呢？这个一直困扰着学生也困扰着老师。

1.问题的分析

我们先从人们设定机械效率这个概念的目的谈起，机械效率是描述机械使用性能的一个物理量，即使用时有用（达到目的需要）的功占使用机械总共做功的百分比。在有用功一定的情况下，机械的机械效率越大，机械使用时需做的额外功越少。任何人在使用机械时都希望使用机械效率大的机械，这也是人们选购机械的一个重要参考量。所以我们肯定要测出这个机械的最大的机械效率。在测定时，若做加速运动，根据公式W总=Fs，拉力需做总功必然变大，而在提升相同高度的情况下，有用功不变，机械效率会变小，所以说匀速拉动测得的机械效率最大。我想，另外一个重要原因就是从操作层面上来说的，当匀速拉动时比加速拉动时弹簧测力计的示数会更加稳定，易于读数。

2.实验的建议

在“测定滑轮组机械效率”时对于弹簧测力计使用应遵循“匀速、竖直、缓慢”的原则。

综上所述，我们在教学中应该更重视概念的生成，关注公式的适用条件，注重实验的教学，让学生在实验中提升动手能力，在思考中提升分析的能力，无论以后遇到什么样题型能以不变应万变。希望笔者的这一点点见解可以对同行的教学有一点帮助。

参考文献：

[1]李静.初中物理“简单机械和功”部分的教学策略研究与实践[D].苏州大学，2013.

[2]朱宏强.初中物理机械效率教学的几点思考[J].2011（12）.