初中物理《测量滑轮组的机械效率》实验创新案例

初中物理《测量滑轮组的机械效率》实验创新案例

1 袁梦飞 2 李泉泉

1成都市新都一中实验学校 610500

2成都市新都一中实验学校 610500

摘要：在以往的《测量滑轮组的机械效率》的课堂教学中，笔者发现学生对于测量机械效率中存在的困难：学生很容易混淆绳子自由端移动的距离S和物体上升的高度h之间的倍数关系，用一把刻度尺在拉动的过程中很难同时准确的测量出绳子自由端移动的距离S和物体上升的高度h，也就很难准确的得出绳子自由端移动的距离S和物体上升的高度h之间的倍数关系；在测量拉力时要求匀速拉动绳子的自由端时，很难保证人为拉动时是匀速的， 并且在测量的过程中很难在弹簧测力计示数稳定的情况下准确的读出拉力的大小。针对以上问题笔者对传统实验室中用到的实验器材进行了改进和创新。改进和创新后的实验器材便于操作，并且读数稳定，实验结果准确，便于学生理解。

关键字：实验创新

在以往的《测量滑轮组的机械效率》的课堂教学中，笔者发现学生对于测量机械效率中存在的困难：学生很容易混淆绳子自由端移动的距离S和物体上升的高度h之间的倍数关系，用一把刻度尺在拉动的过程中很难同时准确的测量出绳子自由端移动的距离S和物体上升的高度h，也就很难准确的得出绳子自由端移动的距离S和物体上升的高度h之间的倍数关系；在测量拉力时要求匀速拉动绳子的自由端时，很难保证人为拉动时是匀速的，并且在测量的过程中很难在弹簧测力计示数稳定的情况下准确的读出拉力的大小，从而影响了滑轮组机械效率测量的准确性。针对以上问题笔者对传统实验室中用到的实验器材进行了改进和创新。改进和创新后的实验器材便于操作，并且读数稳定，实验结果准确，便于学生理解。本文将从《测量滑轮组的机械效率》的实验器材、实验原理等几个方面来进行阐述：

一、实验器材：刻度尺、弹簧测力计、钩码、铁架台、一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组、两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组、长约2m的细绳。

二 、实验改进及创新：

上图（1）为书中的实验装置 右图（2）为改进后的装置

实验装置的改进：上图（1）为书中的实验装置，此装置中用了一把刻度尺同时测量物体上升的高度h和绳子自由端移动的距离s，且距离两个物理较远，因此不能准确的进行测量，很多情况下只能大概的测一下，会使h和s的值不准确，并且人工手动要做到匀速拉动弹簧测力计不好控制。针对这两个问题将实验装置进行了改进如上图（2），购买了可以粘贴的刻度尺，根据需要将刻度尺贴在物体一侧和弹簧测力计的一侧，零刻度线分别与物体的末端和绳子的自由端齐平，便于准确的测量物理上升的高度h和绳子自由端移动的距离s。在实验装置的顶端加装了一个电动机，根据需要在电动机的的转轴上加装了一个白色的塑料瓶，在白色塑料瓶上系上一根棉线和弹簧测力计，绳子的中间加装一根铁丝圈，将棉线穿过铁丝圈，可以很好的避免棉线和电动机绞线的问题。在弹簧测力计的背后加装了一个泡沫塑料，可以很好的避免弹簧测力计在上升的过程中旋转晃动不好读数的问题。改装后使得拉动弹簧测力计的速度能做到缓慢匀速，改变了以往既要读h，s还要控制缓慢匀速拉动并且还要读出弹簧测力计示数的难以很好兼顾，手忙脚乱的局面。

三、实验原理：η=（W_有/W_总）*100%　=（Gh/FS）*100%　

四、实验教学目标：

1、让学生学习组装滑轮组，经历测量滑轮组的机械效率的过程

2、通过实验加深对滑轮组和机械效率的理解，并培养动手实验能力，实验设计能力

3、通过参与探究滑轮组的机械效率的活动，学习拟定简单的科学探究计划和实验方案

五、实验教学内容：

回忆第一课时所学的机械效率的新课内容，为本节课测量滑轮组的机械效率的知识做准备：

（一）回忆三种功

1.几个基本概念

有用功：对我们有用的功，W_有用= 。

⑵总功：动力所做的功。W_总= 。

⑶额外功：提升物体时，克服机械（动滑轮）自身重力做的功和克服摩擦力做的功。

这部分功我们不需要但又不得不做，所以叫额外功。

⑷W_总= + 。

（二）机械效率

1.定义：______跟_______的比值叫机械效率；

2.公式：

3. 分析实验数据，机械效率与哪些因素有关

（1）

（2）

类推：

3.同一滑轮组，提升的物重相同，摩擦越____，机械效率越_____ 。

那么，应该如何提高机械效率呢？

六、实验教学过程：

（一）、让学生设计实验表格，进行实验，收集数据，将需要测量的物理量记录在以下的实验表格中：

1、测量钩码的重力G；

2、将滑轮组末端棉线节点挂在弹簧测力计上，匀速竖直向上缓慢拉动弹簧测力计时，记录拉力F，用刻度尺测量钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离S；

3、改变物体上升的高度，重复步骤2两次。

（二）进行实验：

实验1

保持钩码重力和动滑轮重一定，改变提升重物的高度.

同一滑轮组提升的物重相同所测机械效率相同，滑轮组的机械效率与提升重物的高度________;

实验2

保持动滑轮重一定，改变钩码重力.

结论2：同一装置的机械效率与提升的物重有关：

使用同一滑轮组（即滑轮组的动滑轮重和摩擦相同时）,提升的物体越重，机械效率越

实验3：

保持钩码重力一定，改变动滑轮重.

实验4：

保持钩码重力和动滑轮一定，改变绳子的材质（金属、棉线、光滑细线）.

同一滑轮组，提升的物重相同，摩擦越小，机械效率越

（三）归纳实验结论：滑轮组的机械效率与哪些因素有关

（1）滑轮组的机械效率与所挂物体的重力（G _物） ， G _物越重，滑轮组的机械效率越 ；

（2）在第一组实验数据的基础上，分析得出：滑轮组的机械效率与物体上升的高度（h） ；

（3）滑轮组的机械效率与动滑轮的重力（G _动） ；G _动越重，滑轮组的机械效率越 ；

（4）滑轮组的机械效率与绳子的段数（n）

（不记绳重和摩擦）；若考虑绳重和摩擦，n 越大，机械效率越 ；

（四)总结归纳：提高滑轮组机械效率的方法：

（1）

（2）

（3）

（五）分组讨论：

（1）没有刻度尺可不可以测滑轮组机械效率？

（2）没有细绳可不可以测滑轮组机械效率？　

七、实验教学评价：

通过改装后的实验装置的优点有：

1. 便于教师单独进行演示实验和学生分组实验，在实验中加装的电动机可以使得拉动弹簧测力计的速度能做到缓慢匀速，且示数稳定。

2. 改变了以往既要读物体上升的高度h和绳子自由端移动的距离s，还要控制缓慢匀速拉动弹簧侧理解并且还要读出弹簧测力计示数的难以很好兼顾的局面。

3. 并且加装的两条刻度尺，使刻度尺的零刻度线分别与物体的末端和绳子的自由端齐平，便于直接准确的测量物体上升的高度h和绳子自由端移动的距离s，准确的得出绳子自由端移动的距离S和物体上升的高度h之间的倍数关系，避免了以往实验中需要分别记录物体和绳子自由端的初位置和末位置，在通过初始位置的差来计算s,h的复杂的测量工作，进而提高了测量滑轮组机械效率的准确性，大大提高了实验完成的效率。

4. 通过以上三个方面的改进节约了实验的时间、人力，便于学生操作，实验数据的测量更加的准确，便于学生更好的理解绳子自由端移动的距离S和物体上升的高度h之间的倍数关系，并且无需再通过人力来拉动弹簧测力计，这样学生可以更好的把精力放在对于实验数据的分析，以及和同学的交流合作上，促进同学们合作分享的精神和语言表达能力。

5. 本实验方案添加了绳子与轮子之间磨擦的实验设计，帮组学生更好的理解额外功对于滑轮组机械效率的影响。

6. 本实验方案采用至少三组数据的测量、避免了实验测量的偶然性，能够得到普遍规律，实验数据更有说服力。