魏能新

簡單機(jī)械的機(jī)械效率是力學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是中考每年必考的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。它與我們的生活息息相關(guān)，對(duì)學(xué)生參加社會(huì)實(shí)踐具有非常重要的指導(dǎo)意義，提高機(jī)械效率對(duì)當(dāng)今社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排有著重要的意義。本節(jié)前有簡單機(jī)械、功、功率，后有機(jī)械能，介于力和能量板塊之間。它既是前面的知識(shí)的延伸，又是功的知識(shí)在生活實(shí)際中的廣泛應(yīng)用，它對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)和理解熱機(jī)的效率、爐子的效率、太陽能熱水器、電動(dòng)自行車等能量的利用率和轉(zhuǎn)化率等起積極作用。機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)探究在人教版教材中是探究斜面，而粵教滬科版教材則是測算滑輪組的機(jī)械效率，不同版本的教材探究的內(nèi)容不同，考試時(shí)主要以這兩個(gè)內(nèi)容為主。考點(diǎn)主要包括：有用功、額外功、總功、機(jī)械效率的概念和提高機(jī)械效率的方法。

一、實(shí)驗(yàn)裝置的考查

測滑輪組的實(shí)驗(yàn)需要的實(shí)驗(yàn)器材有滑輪組、鐵架臺(tái)、彈簧測力計(jì)、刻度尺。在滑輪組的實(shí)驗(yàn)裝置中一般會(huì)給出一定數(shù)量的動(dòng)滑輪和定滑輪，并提出改變拉力方向（圖1甲）、最省力的繞線（圖1乙）、拉力向某個(gè)方向的要求，要求畫出繩子的繞法。

二、實(shí)驗(yàn)步驟及操作的考查

按組裝圖把實(shí)驗(yàn)器材裝配好后；用彈簧測力計(jì)測量出重物的重力G；在動(dòng)滑輪下面掛上重物，并分別記下重物和彈簧測力計(jì)的位置；勻速豎直向上或向下拉彈簧測力計(jì)，使重物上升一段距離，讀出彈簧測力計(jì)的讀數(shù)F；用刻度尺分別量出重物上升的距離h和繩的自由端移動(dòng)的距離s；由測得的數(shù)據(jù)，根據(jù)η==計(jì)算出滑輪組的機(jī)械效率。實(shí)驗(yàn)過程中關(guān)鍵要?jiǎng)蛩傧蛏匣蛳蛳吕瓘椈蓽y力計(jì)，使讀數(shù)更加穩(wěn)定；讀數(shù)時(shí)還要關(guān)注彈簧測力計(jì)的朝向不同時(shí)的讀法，如圖2甲圖彈簧測力計(jì)的讀數(shù)是2.4N，圖2乙圖彈簧測力計(jì)的讀數(shù)是2.8N。

三、數(shù)據(jù)分析的考查

圖2中D為鋁制滑輪，E為鐵制滑輪，其他滑輪都是塑料制造的。根據(jù)圖2所示裝置做了8次實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)記錄如下表：分析第1和2次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知滑輪組的機(jī)械效率與鉤碼上升的高度無關(guān)。分析1、3、4三次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出同一滑輪組的機(jī)械效率與物重有關(guān)或成正比；根據(jù)η==，用同一滑輪組對(duì)不同的物體做功時(shí)，其額外功不變，重物越重時(shí)做的有用功越多，機(jī)械效率越高。根據(jù)以上分析也能說明“同一個(gè)機(jī)械，它的機(jī)械效率是一個(gè)定值”是錯(cuò)誤的。分析1、5、6或1、7可知滑輪組的機(jī)械效率與動(dòng)滑輪自身的重力有關(guān)；或提升同一物體，動(dòng)滑輪越重（1、5、6都是一個(gè)動(dòng)滑輪，但由于材料不同，導(dǎo)致重力不同；1和7是同種材料的動(dòng)滑輪，F(xiàn)的動(dòng)滑輪個(gè)數(shù)比A多），滑輪組做的額外功越多，機(jī)械效率越低。對(duì)比第1和8兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知同一滑輪組機(jī)械效率與繩子繞法無關(guān)，因?yàn)棣?=，對(duì)同一個(gè)物體做功時(shí)，所做的有用功是相同的，做的額外功也是相同的，所以同一滑輪組在不同繞線時(shí)的機(jī)械效率也是相同的，但此時(shí)它們的拉力不相同。進(jìn)一步分析可知，在動(dòng)滑輪和繩重一定的情況下，該滑輪組的機(jī)械效率與物重和摩擦有關(guān)。

四、提高機(jī)械效率的考查

提高機(jī)械效率主要采用增大有用功和減小額外功的辦法，增大有用功采用增大物體重力的方法。減小額外功采用減輕動(dòng)滑輪和繩的自重、減小輪和軸間的摩擦。

五、機(jī)械效率計(jì)算的考查

機(jī)械效率的計(jì)算是每年的必考項(xiàng)目，在選擇題、填空題、實(shí)驗(yàn)題和計(jì)算題都會(huì)出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)的考查主要在分析數(shù)據(jù)和填空中出現(xiàn)，關(guān)鍵要分析清楚誰在做有用功、額外功和總功，例如計(jì)算上表第7次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率并填入表格中，η====66.67%。

六、實(shí)驗(yàn)拓展的考查

初中物理深入學(xué)習(xí)的簡單機(jī)械包括杠桿、滑輪及滑輪組、斜面，廣東08年以實(shí)驗(yàn)題填表的形式考查了杠桿的機(jī)械效率，其他年份都是些小題。人教版教材主要對(duì)斜面的機(jī)械效率進(jìn)行探究，粵教滬科版教材主要對(duì)滑輪組的機(jī)械效率進(jìn)行探究。在研究杠桿的機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)考查中主要有兩種，一是以中間為支點(diǎn)的杠桿，二是以某一邊為支點(diǎn)的杠桿。如（08廣東）如圖3所示是測量杠桿機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)情景（杠桿的重力忽略不計(jì)），請(qǐng)?jiān)诒碇邪严嚓P(guān)的數(shù)據(jù)填寫完整。再如（09江蘇）用如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量杠桿的機(jī)械效率。實(shí)驗(yàn)時(shí)，豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測力計(jì)，將杠桿拉至圖中虛線位置，讀出測力計(jì)的示數(shù)F，鉤碼總重為G，鉤碼上升高度為h，測力計(jì)移動(dòng)距離為s，則杠桿的機(jī)械效率為η==。此實(shí)驗(yàn)使用該杠桿做額外功的一個(gè)原因：使用杠桿時(shí)需要克服杠桿自重（克服摩擦力）等做功。若為了探究同一杠桿的機(jī)械效率與哪些因素有關(guān)，則可在圖4中先后將鉤碼掛在A、B、C三點(diǎn)，測量并計(jì)算機(jī)械效率并進(jìn)行比較。為提高本實(shí)驗(yàn)中杠桿的機(jī)械效率，可以選擇支點(diǎn)靈活的、比較輕便的杠桿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。