由機械效率η=W有/W總剖析,影響機械效率的誘因就是W有和W總,而W總=W有+W額即W有和W額在W總中的比值。并且具體到不同的簡單機械中,影響機械效率的誘因又是各不相同的。
1.影響斜面機械效率的誘因
影響斜面機械效率的誘因有:斜面的傾斜程度和斜面的粗糙程度。傾斜程度影響的是有用功,粗糙程度影響的是額外功。斜面越光滑,機械效率越高;斜面的傾斜程度越大,機械效率越高。
圖1例1.如圖1所示是探究斜面的機械效率跟哪些誘因有關(guān)的實驗裝置。
(1)實驗器材有鐵塊、鐵塊、墊塊、各處粗糙程度相同的長木板、彈簧測力計各一個,砝碼若干,為了完成實驗,還須要的檢測工具是。
(2)實驗時某同事在鐵塊或石塊上放置不同的砝碼,改變物塊的重力,用彈簧測力計拉著物塊沿斜面做勻速直線運動。實驗的部份數(shù)據(jù)如下表:
實驗
次數(shù)接觸面粗糙
程度物塊
重
G/N物塊上
升的高
度h/m沿斜面
的拉力
F/N物塊移
動的距
離l/m機械
效率1較粗糙
(鐵塊-木板)2.00.251.20.8052%2同上2.00.351.40.8063%3同上5.00.353.50.8063%4較光滑
(石塊-木板)5.00.353.10.80①該朋友運用控制變量法探究的是斜面的機械效率與、、的關(guān)系。
②在第四次實驗中,斜面的機械效率為。
解析:(1)剖析表中須要檢測的數(shù)學量,進而曉得須要的檢測工具。由表中數(shù)據(jù)可見須要檢測的化學量有四個:物塊的重力、沿斜面的拉力、物塊上升的高度、物塊聯(lián)通的距離,其中前兩個由彈簧測力計完成,后兩個由刻度尺來完成,因而還須要補充的器材是刻度尺。
(2)①分析實驗1、2,接觸面的粗糙程度、物塊重力相同,斜面的傾斜程度不同,機械效率不同,研究的是斜面的機械效率與斜面傾斜程度的關(guān)系(有關(guān));
剖析實驗2、3,斜面的傾斜程度、接觸面的粗糙程度相同滑輪組機械效率與什么無關(guān),物塊重力不同,機械效率相同,研究的是斜面的機械效率與物塊重力的關(guān)系(無關(guān));
剖析實驗3、4,斜面的傾斜程度、物塊重力相同,接觸面的粗糙程度不同,機械效率不同,研究的是斜面的機械效率與接觸面粗糙程度的關(guān)系(有關(guān))。
由此可見探究的是斜面的機械效率與接觸面粗糙程度、物塊重力、斜面傾斜程度的關(guān)系。
②斜面的有用功等于物塊的重力和物塊上升高度的乘積,即W有=Gh;總功等于沿斜面的拉力和物塊聯(lián)通距離的乘積,即W總=Fl。
斜面機械效率η=W有/W總=Gh/Fl=(5N×0.35m)/(3.1N×0.8m)≈71%。
所以,按照以上實驗數(shù)據(jù)剖析,斜面的機械效率與接觸面的粗糙程度和斜面的傾斜程度有關(guān),與物體的重力無關(guān)。接觸面越光滑,機械效率越高;斜面的傾斜程度越大,機械效率越高。
2.影響滑車架機械效率的誘因
在不考慮繩的重力,繩與輪、輪與軸之間的磨擦時,影響滑車架機械效率的誘因有:滑輪自身的重力和物體的重力。物體的重力影響的是有用功,動滑輪自身的重力影響的是額外功。物體的重力越大,滑車架的機械效率越高;動滑輪自身的重力越大,機械效率越低。
例2.在“探究影響滑車架機械效率的誘因”實驗中,小明用圖2所示的滑輪做了多次實驗,實驗中每位鉤碼重2N,測得的數(shù)據(jù)如下表:
化學量
實驗次數(shù)鉤碼
總重
G/N鉤碼上升
的高度
h/m測力計
示數(shù)
F/N測力計移
動距離
s/m機械
效率
η140.11.80.3260.12.40.383%340.11.40.557%440.21.41.057%圖2(1)第1次實驗測得的機械效率為。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
(2)剖析表中數(shù)據(jù)可知:第2次實驗是用圖做的;第4次實驗是用圖做的。(填“甲”、“乙”或“丙”)
(3)剖析第1、2次實驗數(shù)據(jù)可知:使用同一滑車架,可以提升滑車架的機械效率;剖析第1、3次實驗數(shù)據(jù)可知:使用不同的滑車架,提高相同的重物,動滑輪個數(shù)越多(即動滑輪總重越重),滑車架的機械效率。
(4)剖析第3、4次實驗數(shù)據(jù)可知,滑車架的機械效率與物體被提高的高度。
解析:(1)第一次實驗測得的機械效率η=W有/W總=Gh/Fs=(4N×0.1m)/(1.8N×0.3m)≈74%。
(2)同一裝置的滑車架,物體越重,機械效率越高;拉同一重物,動滑輪越重(動滑輪個數(shù)越多),機械效率越低。所以第二次實驗機械效率最高,應(yīng)當是用乙圖做的;第四次實驗機械效率最低,應(yīng)當是用丙圖做的。
(3)剖析第1、2次實驗數(shù)據(jù)可知:使用同一滑車架,減小所拉物體的重力可以提升滑車架的機械效率;剖析第1、3次實驗數(shù)據(jù)可知:使用不同的滑車架,提高相同的重物,動滑輪個數(shù)越多(即動滑輪總重越重),滑車架的機械效率越低。
(4)剖析第3、4次實驗數(shù)據(jù)可知,滑車架的機械效率與物體被提高的高度無關(guān)。
按照以上實驗可知,滑車架的機械效率與滑車架中動滑輪的重力和物體的重力有關(guān)。在被提高的重物一定時,滑車架中動滑輪的重力越大(動滑輪個數(shù)越多)時,機械效率越低;使用同一滑車架所拉物體的重力越大時,機械效率越高。
3.影響杠桿機械效率的誘因
在不考慮磨擦時,影響杠桿機械效率的誘因有:杠桿自身的重力和物體的重力,物體的重力影響的是有用功,杠桿自身的重力影響的是額外功。
圖3例3.某實驗小組借助圖3所示裝置研究杠桿的機械效率,實驗的主要步驟如下:
①用輕繩懸掛杠桿一端的O點作為支點,在A點用輕繩懸掛總重為G的鉤碼,在B點用彈簧測力計拉住杠桿,使杠桿保持水平;
②豎直向下帶動彈簧測力計平緩勻速上升(保持O點位置不變),在此過程中彈簧測力計的讀數(shù)為F,借助刻度尺分別測出A、B兩點上升的高度為h1、h2。
回答下述問題:
(1)杠桿機械效率的表達式為η=。(用已知或檢測的數(shù)學量符號表示)
(2)本次實驗中,若提高的鉤碼重一定,則影響杠桿機械效率的主要誘因是。
(3)若只將鉤碼的懸掛點由A移至C,O、B位置不變,仍將鉤碼提高相同的高度,則杠桿的機械效率將(填“變高”、“變低”或“不變”)。
解析:(1)杠桿機械效率的表達式為η=W有/W總=Gh/Fs=Gh1/Fh2。
(2)若提高的鉤碼重一定,則影響杠桿機械效率的主要誘因是杠桿的自重。由于使用杠桿時須要克服杠桿自重、摩擦力等做功,這是使用杠桿的額外功。
(3)若只將鉤碼的懸掛點由A移至C滑輪組機械效率與什么無關(guān),O、B位置不變,仍將鉤碼提高相同的高度,克服杠桿自重做的額外功不變,而在拉力提高同樣高度時,重物提高的高度降低,做的有用功減小,所以機械效率變高。
綜上所述,無論是斜面、滑車架還是杠桿,它們的機械效率并不是固定不變的,都與機械本身的裝置、所拉物體的重力有關(guān)。
機械裝置本身不隨物體一起運動的斜面的機械效率,與物體的重力無關(guān);與斜面的粗糙程度和傾斜程度有關(guān),斜面越光滑,額外功就越小,機械效率越高;斜面的傾斜程度越大,有用功就越大,機械效率越高。
機械裝置本身隨物體一起運動的滑車架、杠桿的機械效率,與機械本身的重力和物體的重力有關(guān),在所拉物體一定的前提下,機械自身重力越小,額外功就越小,機械效率越高;物體重力越大,有用功就越大,機械效率越高。