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摘要 滑轮组机械效率问题是初中物理学习的重点知识,本文对如何让学生掌握滑轮组的概念、机械效率的概念、滑轮组机械效率的公式及适用条件等问题提出了一些解决办法，有助于学生三维目标的实现。
关键词 概念理解 影响因素 类型
滑轮组机械效率问题是初中物理学习的重点知识,由于学生对有关滑轮组的概念，机械效率的概念认识不充分，对滑轮组机械效率的公式及适用条件把握不准，在学习中出现较多问题，影响了学生三维目标的实现，笔者在下文提出一些粗浅的解决办法，供读者参考。
一、滑轮组有关概念的理解
1．动滑轮、定滑轮的判断
顾名思义，在滑轮组运行过程中平动的滑轮就是动滑轮，不平动的滑轮就是定滑轮。在滑轮组装置图中，可以想象让动力拉动绳子的自由端,看哪个滑轮平动即可。
2．承受有用阻力的绳子股数n的判断
图1
对于常见的竖直放置的滑轮组而言，与动滑轮框相连的绳子,与动滑轮钩相连的绳子,与承物筐相连的绳子均应计算在内，即所有承重绳子均应计算在内；对于所有的滑轮组而言，所有承受有用阻力的绳子都应计算在内；也可用下列方法判断。
在滑轮组图中的动、定滑轮之间作一虚直线AB(直线AB垂直绳子方向且位于绳子决定的平面内),将动、定滑轮分开,则直线AB的下方与动滑轮有直接联系的绳子股数就是承担动滑轮和物体总重的股数n，一般情况如图1所示：承担动滑轮和物体总重的绳子股数n为4；特殊情况如图2所示：因人、动滑轮和物体一起被吊起,应看作一个整体，所以绳子股数n为3；水平放置的滑轮组如图3所示，绳子股数n为3。
3．绳子自由端移动距离s1与目的物移动距离s2的关系s1=ns2
由于绳子是不可伸长和缩短的,物体连在动滑轮上,当物体移动s2，则动滑轮要平动s2，于是拉动动滑轮的每段绳子都要缩短s2都要靠绳子自由端移动来完成,所以绳子自由端移动的距离一定是ns2,如图1中s1=4s2，图2中s1=3s2，图3中 s1=3s2
二、机械效率有关概念的理解
1．机械效率表示机械对总功的利用率，总功表示动力对机械所做的功又称动力功，也叫做输入功，对于滑轮组就是作用于绳子自由端的力所做的功；有用功就是机械克服有用阻力所做的功，又叫输出功，是由使用机械的目的所决定的；额外功是由于克服机械自重或机械内部摩擦所做的功，不易直接求出，只能间接计算。
2．机械效率只能小于1或等于1，无单位。
3．机械效率与功率的区别
机械效率和功率是从不同方面反映机械性能的物理量，它们之间没有必然的联系，功率大的机械做功快；机械效率高表示机械对总功的利用率高；功率大的机械效率不一定高。功率很大的起重机效率一般是40％——50％，而功率很小的机械效率通常是50％—70％；反之，效率高的机械功率不一定大。
4．机械效率与机械是否省力无关，省力的机械，效率不一定高，费力的机械效率不一定低。
三、测定滑轮组机械效率有两点要求：一是拉力方向与物体运动方向应相同，二是物体要做匀速直线运动
四、影响滑轮组机械效率的因素
对于不同放置方式的滑轮组影响因素不同，竖直放置的滑轮组，影响其机械效率的因素有三：一是滑轮组自重，二是滑轮组内部摩擦，三是提升重物的重力；水平放置的滑轮组机械效率影响因素有二，一是滑轮组内部摩擦，二是有用阻力的大小。可见，无论如何放置，滑轮组的机械效率都受滑轮组内部摩擦和有用阻力的影响，即滑轮组内部和外部都有影响其机械效率的因素。减少机械内部各部件之间的摩擦可提高滑轮组的机械效率。
五、滑轮组的分类
按理想程度分类：
1．理想滑轮组，即无自重又无摩擦的滑轮组，
从公式中可以看出，同一结构的滑轮组由于所提重物重力不同，其机械效率也不同，重物越重机械效率越高；推而广之，滑轮组随着有用阻力的增大，其机械效率随之提高。
3．实际滑轮组
η=W有W总=FS2FS1=fFn(F表示动力，f表示有用阻力)
按放置方式分类
1．竖直放置的滑轮组
如图4所示,物体A所受的重力为G物,人的拉力为F,在拉力作用下,物体上升的高度为h,拉力(绳子自由端)通过的距离为s,滑轮组对物体A的拉力所做的功是有用功，即克服物体A重力所做的功是有用功,人的拉力做的功是总功,额外功主要包括克服动滑轮重力做功W动滑轮和克服摩擦做功Wf，承重绳子n股。
2．水平放着的滑轮组
机械对物体B的拉力做的功是有用功，亦即克服摩擦力f所做的功 即W有=fl (l为物体B在水平面上通过的距离),摩擦力f是有用阻力，而不是物体重力,此时机械效率应为
例2如图所示，用滑轮组拉着重600N的物体C沿水平方向匀速移动，在400秒内物体移动了8m，拉力F做的功为1280J，若每个滑轮重12N（不计绳重和滑轮间摩擦）求：
（1）物体所受的摩擦力。
（2）滑轮组的机械效率。
按题型分类：
1．功率与机械效率综合型
例2如图所示，滑轮组拉着物体A在水平面上做匀速直线运动，已知m=5000kg，F=612.5N，滑轮组的机械效率η=80％，则：物体A所受摩擦力是多少？若物体A的速度是0.1m/s，滑轮组的有用功率多大？
2．机械效率变化型
例3:如图所示,用力250N拉着400N的物体匀速上升2m,求滑轮组的机械效率.若用该滑轮组提升900N的重物,滑轮组的机械效率是多少。
3．连接方式不定型
例4 利用一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组把重150N的物体提高10m，已知滑轮组的效率是60％。求有用功，所用拉力和动滑轮的重力各是多少？（绳重、摩擦不计）
综上所述，滑轮组机械效率的学习应从滑轮组、机械效率的概念的理解，易混概念的区分，影响因素，测量方法，类型归纳几方面着手。学习其它物理量也可仿此进行。
参考文献：
[1]徐定邦.几种简单机械的机械效率.中学物理教学参考,2007,7.
（作者单位：河南省滑县焦虎乡第一初级中学）
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
关键词 概念理解 影响因素 类型
滑轮组机械效率问题是初中物理学习的重点知识,由于学生对有关滑轮组的概念，机械效率的概念认识不充分，对滑轮组机械效率的公式及适用条件把握不准，在学习中出现较多问题，影响了学生三维目标的实现，笔者在下文提出一些粗浅的解决办法，供读者参考。
一、滑轮组有关概念的理解
1．动滑轮、定滑轮的判断
顾名思义，在滑轮组运行过程中平动的滑轮就是动滑轮，不平动的滑轮就是定滑轮。在滑轮组装置图中，可以想象让动力拉动绳子的自由端,看哪个滑轮平动即可。
2．承受有用阻力的绳子股数n的判断
图1
对于常见的竖直放置的滑轮组而言，与动滑轮框相连的绳子,与动滑轮钩相连的绳子,与承物筐相连的绳子均应计算在内，即所有承重绳子均应计算在内；对于所有的滑轮组而言，所有承受有用阻力的绳子都应计算在内；也可用下列方法判断。
在滑轮组图中的动、定滑轮之间作一虚直线AB(直线AB垂直绳子方向且位于绳子决定的平面内),将动、定滑轮分开,则直线AB的下方与动滑轮有直接联系的绳子股数就是承担动滑轮和物体总重的股数n，一般情况如图1所示：承担动滑轮和物体总重的绳子股数n为4；特殊情况如图2所示：因人、动滑轮和物体一起被吊起,应看作一个整体，所以绳子股数n为3；水平放置的滑轮组如图3所示，绳子股数n为3。
3．绳子自由端移动距离s1与目的物移动距离s2的关系s1=ns2
由于绳子是不可伸长和缩短的,物体连在动滑轮上,当物体移动s2，则动滑轮要平动s2，于是拉动动滑轮的每段绳子都要缩短s2都要靠绳子自由端移动来完成,所以绳子自由端移动的距离一定是ns2,如图1中s1=4s2，图2中s1=3s2，图3中 s1=3s2
二、机械效率有关概念的理解
1．机械效率表示机械对总功的利用率，总功表示动力对机械所做的功又称动力功，也叫做输入功，对于滑轮组就是作用于绳子自由端的力所做的功；有用功就是机械克服有用阻力所做的功，又叫输出功，是由使用机械的目的所决定的；额外功是由于克服机械自重或机械内部摩擦所做的功，不易直接求出，只能间接计算。
2．机械效率只能小于1或等于1，无单位。
3．机械效率与功率的区别
机械效率和功率是从不同方面反映机械性能的物理量，它们之间没有必然的联系，功率大的机械做功快；机械效率高表示机械对总功的利用率高；功率大的机械效率不一定高。功率很大的起重机效率一般是40％——50％，而功率很小的机械效率通常是50％—70％；反之，效率高的机械功率不一定大。
4．机械效率与机械是否省力无关，省力的机械，效率不一定高，费力的机械效率不一定低。
三、测定滑轮组机械效率有两点要求：一是拉力方向与物体运动方向应相同，二是物体要做匀速直线运动
四、影响滑轮组机械效率的因素
对于不同放置方式的滑轮组影响因素不同，竖直放置的滑轮组，影响其机械效率的因素有三：一是滑轮组自重，二是滑轮组内部摩擦，三是提升重物的重力；水平放置的滑轮组机械效率影响因素有二，一是滑轮组内部摩擦，二是有用阻力的大小。可见，无论如何放置，滑轮组的机械效率都受滑轮组内部摩擦和有用阻力的影响，即滑轮组内部和外部都有影响其机械效率的因素。减少机械内部各部件之间的摩擦可提高滑轮组的机械效率。
五、滑轮组的分类
按理想程度分类：
1．理想滑轮组，即无自重又无摩擦的滑轮组，
从公式中可以看出，同一结构的滑轮组由于所提重物重力不同，其机械效率也不同，重物越重机械效率越高；推而广之，滑轮组随着有用阻力的增大，其机械效率随之提高。
3．实际滑轮组
η=W有W总=FS2FS1=fFn(F表示动力，f表示有用阻力)
按放置方式分类
1．竖直放置的滑轮组
如图4所示,物体A所受的重力为G物,人的拉力为F,在拉力作用下,物体上升的高度为h,拉力(绳子自由端)通过的距离为s,滑轮组对物体A的拉力所做的功是有用功，即克服物体A重力所做的功是有用功,人的拉力做的功是总功,额外功主要包括克服动滑轮重力做功W动滑轮和克服摩擦做功Wf，承重绳子n股。
2．水平放着的滑轮组
机械对物体B的拉力做的功是有用功，亦即克服摩擦力f所做的功 即W有=fl (l为物体B在水平面上通过的距离),摩擦力f是有用阻力，而不是物体重力,此时机械效率应为
例2如图所示，用滑轮组拉着重600N的物体C沿水平方向匀速移动，在400秒内物体移动了8m，拉力F做的功为1280J，若每个滑轮重12N（不计绳重和滑轮间摩擦）求：
（1）物体所受的摩擦力。
（2）滑轮组的机械效率。
按题型分类：
1．功率与机械效率综合型
例2如图所示，滑轮组拉着物体A在水平面上做匀速直线运动，已知m=5000kg，F=612.5N，滑轮组的机械效率η=80％，则：物体A所受摩擦力是多少？若物体A的速度是0.1m/s，滑轮组的有用功率多大？
2．机械效率变化型
例3:如图所示,用力250N拉着400N的物体匀速上升2m,求滑轮组的机械效率.若用该滑轮组提升900N的重物,滑轮组的机械效率是多少。
3．连接方式不定型
例4 利用一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组把重150N的物体提高10m，已知滑轮组的效率是60％。求有用功，所用拉力和动滑轮的重力各是多少？（绳重、摩擦不计）
综上所述，滑轮组机械效率的学习应从滑轮组、机械效率的概念的理解，易混概念的区分，影响因素，测量方法，类型归纳几方面着手。学习其它物理量也可仿此进行。
参考文献：
[1]徐定邦.几种简单机械的机械效率.中学物理教学参考,2007,7.
（作者单位：河南省滑县焦虎乡第一初级中学）
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”