五、机械效率设计意图

测滑轮组的机械效率教学过程实录：

前两天在小区看到这样一个情景，我把它拍下来和同学们一起分享一下。（看视频）。

提问：刚才你们看到的感觉很好笑，为什么？

学生：大材小用、小题大做、因为我觉得提很轻的物体不需要用这么大的机械来提，太不划

算了吧。

师：说得很好。从物理角度来说，我们看到的情景是滑轮组的机械效率太低了，塔吊的主要部分是滑轮组，我们刚学习了机械效率，今天我们就来探究一下滑轮组的机械效率跟哪些因素有关？

师：首先我们思考一下，测滑轮组的机械效率，用什么公式进行计算呢？

生：

W有GhW总FS

师：对，这就是实验的原理。要想测量η需要测量哪些物理量？

生：G、h、F、S

师：需要什么测量工具？

生：弹簧测力计、刻度尺

师：除这些实验工具，还需要哪些器材呢？

生：铁架台、滑轮组、细绳、钩码

师：因为弹簧测力计有自重，（演示：用手提着挂钩，观察弹簧测力计的示数）一般不向下测拉力，滑轮组的绳子如何绕才能使拉力向上呢？

分小组讨论回答问题：看第一幅图，如何绕？第二幅图如何绕？学生展示。

师：实验前我还有几个问题要请同学们思考

1、

怎样知道提升的钩码重力？

2、

如何测量钩码被提升的高度h？

3、

如何测量拉力的大小？

4、

如何测量绳子自由端移动的距离S？

先小组讨论一下，一会请同学起来回答

生：用弹簧测力计测钩码重力

生：先记录钩码下端的位置h1，提升钩码后记录下端的末位置h2，用h2-h1就是钩码上升的高度

师：很好，给他掌声。第三个问题呢？

生：用弹簧测力计匀速拉动绳子自由端，提升重物，

师：为什么想到匀速拉？

生：因为不匀速拉弹簧测力计指针会晃动，这样会导致读数不准确。

师：第四个问题，

生：以弹簧测力计的挂钩为初始位置记为S1，移动绳子自由端后把末位置记为S2，则自由端移动的距离为S2-S1

师：实验过程中我们能否同时测出h、S呢？

生：可以，把刻度尺竖直放置在滑轮组的旁边。

师：好，让我们一起来看。

师：请会测滑轮组的机械效率的同学举手，不错。

师：下面我们分组来测滑轮组的机械效率。第一大组测量一定一动滑轮组提升两个钩码时的η，第二大组测量一定一动滑轮组提升四个钩码时的η，第三大组测量两定两动滑轮组提升四个钩码时的η。请同学们把测量的实验数据填入实验报告单。

学生分组实验。老师巡视。小组同学做完实验后相互交流。请同学把测量的数据填入表格中。

数据分析：

生：从表中数据分析，我们发现一定一动的滑轮组没有两定两动的滑轮组省力，但它的机械效率为什么高？

学生讨论

生：因为用滑轮组提升物体做功时，我们还要提动滑轮做功，而两定两动的滑轮组有两个动滑轮，提升两个动滑轮做的额外功多些，所以η低。

师：刚才我们讨论了两个不同的滑轮组在提升同一重物时的η是不一样的。再观察比较2、3组数据，用同一个滑轮组，提升重物时，它的η为什么也不一样呢？

同一滑轮组是指它的额外功是一定的呀。

生：因为它们提升不同的重物，所以有用功不一样。根据公式η=W有/W有+W额

可知机械效率不一样。

师：那我们前面所提到一定一动滑轮组比两定两动的滑轮组机械效率高应该是有条件的。这个条件就是：有用功是一定的。

师：由此我们可以得出结论：

生：有用功一定时，额外功越小，机械效率越高。

额外功一定时，提升的重物越重，机械效率越高。

生：老师，两定两动的滑轮组有没有可能比一定一动的滑轮组的η高呢？

师：这个问题提得很好，我们先请各小组同学讨论一下，是否有这种可能呢？

生：有这种可能。当两个动滑轮的重力比一个动滑轮的重力小些，那样提同一重物时，两个动滑轮的重力就比一个动滑轮的重力所做的额外功小些，所以有可能。

师：根据刚才这位同学的分析，我们可以看出，滑轮组的η与动滑轮的个数多少没有什么关系，而应取决于动滑轮的重。

师：通过学习我们知道了物重和动滑轮重影响了η。要提高滑轮组的η，你们有哪些方法？

生：用同一滑轮组提升不同的重物，重物越重，η越高。

师：根据公式η=W有/W有+W额

可知：同一滑轮组W额一定，增大W有机械效率大。

师：生活中有没有这种例子来提高η呢？

生：有。用轻质杠杆提升重物、对机械进行定时保养，加润滑油。

师：测滑轮组η时，绳重和摩擦都会影响其η，但因他跟动滑轮重相比较小，可忽略不计。

所以加润滑油可提高η。

生：还有人在往楼上搬运东西时，一次尽可能的搬运的多一些，也应该是这个原因。

师：同学们思考一下，我们曾提到塔吊吊热干面的情景，同学们笑其大材小用，其实质就是。。。。。。？

生：机械效率太低。

生：因为塔吊吊起热干面时，做的有用功太少了，额外功一定时，机械效率低。

师：对于不同的滑轮组如何提高机械效率？

生：如果提升同一重物，我们可以尽量的减小动滑轮的重来提高η。如在实验中把铁的动滑轮换成塑料的动滑轮来做，η定会提高。

师：我们来看看生活中的例子，视频：起重机为什么有两个挂钩？

这两个挂钩有什么不同？它们有什么作用？

生：两个挂钩的大小不同，提升相同的重物时，用轻的挂钩提升，额外功小，η大些。

师：家用的可升降的晾衣架如何提高它的机械效率？

展示图片：学生讨论通过什么方法来提高η的？

生：可以把横梁的重减小点，

生：可以把横梁上的滑轮重减小

生：还可以把要晾的衣服多放些在上面

师：刚才同学们分析的都很好，看来同学们已经掌握了提高机械效率的方法啦。

在实验测量过程中，同学们的测量是否准确呢？

生：在测量物体提升的高度和绳子自由端移动的距离时，测量得不够准，

因为S不刚好等于nh。

师：同学们有没有更好的办法测量出η呢？

讨论

生：可以不用测量S、h。也可以测出η。根据公式

W有GhW总FS

S=nh 可知，只需要测出物重G、拉力F，知道吊着动滑轮的绳子的段数，就可以测出滑轮组的机械效率。

师：好，请坐。今天的学习任务我们就完成了，同学们通过今天的学习有什么收获呢？

生：我们会测滑轮组的机械效率啦，

生：我们知道了动滑轮重与物重是影响了机械效率的主要因素。

生：我们掌握了提高机械效率的方法啦。

师：很好。请同学们课后完成实验报报告。下课。