加速装置

机械效率的计算与速度的大小有关吗叶老师

发布时间:2022/12/17 16:47:49   

这两天在群里看到老师们都在讨论物理问题,感到十分欣慰。这样下去,老师们的困惑越来越少,原来没想到的问题想得并得以解决,原来模糊的问题得以澄清。久而久之,我们的物理教学水平必将迈上一个新的高度。

在群里看到三十一中的老师对八年级下册《简单机械》训练题中的关于斜面的机械效率一题存在疑问,原题如下:

固定在水平地面上的斜面长L,高h,用大小为F的沿斜面向上的恒定拉力将重力为G的小物块拉到斜面顶端。在此过程中所做的无用功的大小是____________,斜面的机械效率是_________。若该斜面粗糙程度增加,斜面的机械效率_________(均选填“变大”、“变小”或“不变”),你判断的依据是________________________。

机械效率的定义是有用功与总功的比值。总功比较容易理解且易于分辨,产生疑问的地方是有用功,产生模糊认识的地方是课本上的总功等于有用功加额外功。我们先来看看课本上关于机械效率中对有用功的定义:

厘清了有用功,我们来看看上述两个实验的前提条件:缓慢——匀速。

下面我们来做两个思想实验。

一、假设有两组学生在做同样的实验,只是匀速上升的速度大小不同

很明显,如果两组学生都是匀速拉动物体,尽管物体的速度大小不同,但实验结果不变。也就是说机械效率与物体的速度无关。

二、假设一组学生匀速拉动、另一组学生加速拉动物体

在有用功相同的情况下,加速拉动物体的一组学生会发现弹簧测力计的示数要大于刚才匀速拉动时的示数,总功变大。机械效率变小。从这个角度来看没有问题,如果从总功等于有用功与额外功之和来看,就会发现额外功变大。那么,增大的额外功是什么呢?增大的额外功就是物体(滑轮)增加的动能。

通过上述分析我们发现,同一装置,在有用功相同的情况下,匀速拉动物体时的机械效率与物体的速度大小无关;加速拉动物体时,装置的机械效率与物体的速度有关且物体的速度越大机械效率越小。

有了上述结论,我们再来看看斜面的机械效率。值得注意的是,关于斜面的机械效率都是建立在匀速拉动物体的前提下。如图所示:

假设在力F的作用下,物体沿斜面匀速运动,则有:

W有=Gh、W总=FL=(Gsinα+Gcosα)L

所以,斜面的机械效率为:

η=W有/W总=h/(sinα+cosα)L=sinα/(sinα+cosα)

由此可见,匀速拉动物体时,斜面的机械效率取决于斜面的倾角和粗糙程度。

同样的装置,如果是加速拉动物体(FGsinα+Gcosα),则:

W有=Gh、W总=FL

斜面的机械效率为:

η=W有/W总=Gh/FL=Gsinα/F

由此可见,加速拉动物体时,斜面的机械效率只取决于斜面的倾角。

至此,问题得以解决。

上述研讨的意义在于,我们在引导学生学习物理概念和规律时,一定要注重概念和规律成立的前提条件。实际上我们都知道,没有前提,结论也就没有意义。此外,相信老师们也会发现,注重过程远比注重结果重要。

祝老师们愉快!



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