探究滑轮组的机械效率 实验报告

关于绕线方式对滑轮组机械效率影响的实验作者：马小军来源：《中学物理·初中》2013年第06期1为什么要做这个实验绕线方式是否影响滑轮组的机械效率，是一个可以通过实验来解决的问题.简单说，只需要分别测出不同绕线方式下滑轮组的机械效率，再进行比较.可是，虽然看到了一些关于这一问题的分析，却一直看不到有说服力的实验结果.对这一问题，目前主流的看法是绕线方式不影响滑轮组的机械效率.其中比较有代表性的是1995年第12期《中学物理》杂志上苏福河等老师的《也谈‘决定滑轮组机械效率高低的因素’》，在经过理论推导之后，文中给出了“它们的机械效率是相等的，跟绳子的缠绕方式无关”的结论.可是为什么只有理论推导却没有实验结果呢？原因是做这个实验是有困难的，因为在改变绕线方式的情况下，必然要改变弹簧测力计的拉力方向（如图1）.而弹簧测力计向下拉时，其示数是不准确的，这也就给这个实验的实施带来了困难.尽管实验存在着一定的困难，但是为了确定对这一问题的认识是否正确，有必要在适当改进实验过程的基础上完成这个实验，以便得到可靠的实验结果.2实验原理及误差分析由于滑轮组的机械效率的公式可以表示为η=G/Fn，其中G是一定的，要比较η的大小，只需要比较Fn的大小.其中n值可以很容易的通过绕线方式确定，在实验中需要仔细测量的是F的值.在测量F的值时，可能会出现随机误差和系统误差，这两种误差均有可能影响实验结果.2.1随机误差对实验结果的影响随机误差是由于某些偶然的因素而引起的，在统计学上满足正态分布，并且是无法消除的.在本实验中，我们将实验结果与系统可能存在的最大随机误差进行比较的方法，来确定机械效率是否相等.如果测量值的差异在最大可能误差范围内，则认为实验结果为机械效率在误差范围内相等；如果测量值的差异超过了最大可能误差所允许的范围，则认为基于实验结果，机械效率不相等.2.2系统误差对实验结果的影响系统误差又称偏性，是由于某种确定的原因引起的，它的大小和正负一般是固定的，设这一固定值为ΔF（注意：ΔF不是一个范围，而是一个固定值）.假设真实值为F，系统误差为ΔF，则测量值以F+ΔF为均值做正态分布.系统误差对本实验的实验结果会造成影响.为什么系统误差会对本实验的实验结果造成影响呢？假设实验结果的真实值之间存在关系Fn=F′n′，该关系式说明在改变绕线方式的情况下，机械效率是相等的.但是由于系统误差，我们得到的实验结果是（F+ΔF）n和（F′+ΔF）n′，分别将其展开，由于n≠n′，ΔFn≠ΔFn′，实验结果不能验证真实值之间存在的关系.因此本实验中必须要尽量减小系统误差.3经过改进的实验过程下面让我们通过实验方式来探究绕线方式对滑轮组机械效率的影响.3.1减小系统误差为了使测量结果尽量准确，在可以接受的误差范围内，我们需要两只在同样的情况下示数相同的弹簧测力计.为此在对两个弹簧测力计做竖直调零（如图2）后，分别悬挂同样的砝码（与天平配套的砝码用细线悬挂在弹簧测力计下），观察不同弹簧测力计的示数（如图3）.由于弹簧测力计本身机械结构所导致的摩擦、卡壳等原因，一些弹簧测力计不能正确反映砝码重力，甚至在对同一砝码的多次测量中出现几个不同的示数.这样的弹簧测力计，我们不能确定它们在受到相同的力时是否会显示相同的示数，因此不予选用.通过上述方法我们选择了示数准确，并且在相同的力作用下始终显示相同的示数的两个弹簧测力计.图3中弹簧测力计A和B所悬挂的砝码质量分别为20 g、50 g、70 g，可以计算其相应的重力大小分别约为0.196 N、0.49 N、0.686 N.而两个弹簧测力计的示数分别为0.195 N、0.49 N、0.685 N，误差范围小于±0.01N（弹簧测力计的分度值）.3.2确定弹簧测力计向下拉时，测量值的偏差将这两个弹簧测力计在竖直方向上对拉.很显然，对拉的两个弹簧测力计的秤钩所受到的力是相互作用力，根据牛顿第三定律，这两个力是相等的.但是我们能够发现两个弹簧测力计的示数并不相同.这是由于竖直向下拉的弹簧测力计示数不准确造成的.但是很显然上面那个弹簧测力计的示数F1就是弹簧测力计秤钩所受到的拉力，设下面弹簧测力计的示数是F2，我们只需要读出两个弹簧测力计的示数并作差，就可以知道下面弹簧测力计的示数的偏差ΔF=F1-F2.改变两个弹簧测力计的示数，并且观察两个弹簧测力计的示数差，能够发现，ΔF的大小是确定的.如图4所示，弹簧测力计A、B的示数分别为0.385 N、0.265 N.改变悬挂物之后，如图5，示数分别为0.88 N、0.76 N；图6的示数分别为0.67 N、0.55 N，可以看出ΔF的大小始终为0.12 N.从实验结果看，其数值差距为0.095 N，约为弹簧测力计分度值0.01 N的10倍.由于实验中每一次测量都会有小于0.01 N的随机误差，而整个测量过程中，我们进行了0点的校准（可能最大误差0.01 N）、弹簧测力计的对拉（可能最大误差0.02 N）、两个弹簧测力计分别进行了实验测量（可能分别产生0.01 N的最大误差），即使把所有这些随机误差做累加，实验所允许的最大误差为0.01 N+0.02 N+0.01 N+0.01 N=0.05 N，而实际实验误差应该小于累加的误差（由于n值不同的影响，误差还应该更小）.从实验数据看，0.095 N>0.05 N，测量值的差距超过了实验误差所能允许的范围.4实验结论在仅改变滑轮组绕线方式的情况下，本次实验的结果是滑轮组的机械效率并不相同.。

实验：《测量滑轮组的机械效率》滑轮组的机械效率实验是是初中物理力学中重要实验，也是中考中常考实验之一。

通过滑轮组机械效率的实验的考查，能很好考查学生的基本实验技能，还能考查学生机械效率知识的掌握情况，对理解滑轮组机械效率有很多帮助。

1、实验器材和装置图：刻度尺、弹簧测力计、钩码2m 长的细绳、滑轮组2、实验原理：有用功W 有用=Gh ，总功W 总=Fs ，机械效率100%100%W GhW Fsη=⨯=⨯有用总 。

3、实验方法：控制变量法（1）探究滑轮组的机械效率与物重的关系时，使用相同的滑轮组，改变所挂钩码的数量； （2）探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力的关系时，控制所挂钩码的数量相同，改变滑轮组中动滑轮的重力； 4、实验操作（1）按照图示安装滑轮组，测钩码重力G 并记钩码和绳端的位置；（2）用弹簧测力计缓慢拉动绳端，使钩码匀速上升，读出拉力F 的值，并测出钩码上升的高度h 和绳端移动的距离s ；记录实验数据填入表格中；次数 钩码重G/N钩码上升的高度h/m有用功W 有用/J弹簧测力计示数F/N绳子自由端移动的距离s/m总功W 总/J机械 效率η（3）多次改变钩码的数量，重复步骤（2）实验；（4）改变绳子的绕法，重复步骤（2）实验；（5）用动滑轮质量不同的两个滑轮组吊相同的构码，重复步骤（2）实验；（6）分别计算出机械效率，分析测量结果，讨论影响机械效率的因素。

5、注意事项：（1）实验中弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动，目的是保证拉力等于弹簧测力计的示数；（2）绳子自由端移动的距离和物体上升高度的关系s=nh(n为作用在动滑轮上绳子的股数)；（3）在读数时，不能停住，要在匀速运动时度测力计示数，因为静止时读数小于匀速运动时的读数；（4）没有刻度尺也能完成实验，可以通过绕绳的方式即n’的股数来确定物体上升的高度和绳端移动距离的倍数关系。

6、交流反思:（1）分析实验数据，总结滑轮组机械效率的影响因素：物体重力、动滑轮重力；（2）提高滑轮组机械效率的方法：减少机械间的摩擦、减小动滑轮的重力、增加物重；（3）滑轮组的机械效率与物体被提升的高度及滑轮组的绕线方式无关；（4）物重增大，额外功也变大，是因为随着物重的增加，滑轮与轴之间的摩擦力增大，克服摩擦力做的额外功增加。

探究影响滑轮组机械效率的因素实验原理示例文章篇一：哎呀呀，同学们，今天咱们来一起探究一下那个超级神奇的“影响滑轮组机械效率的因素”实验原理！你说啥是滑轮组？就好比咱们玩的积木搭成的小玩意儿，几个轮子和绳子组合在一起，就能帮咱们省好多力气呢！咱们先来说说这个实验到底是要干啥。

你想想，咱们拉一个东西，如果用简单的办法很费劲，但是用滑轮组可能就轻松多啦。

那为啥有的时候轻松，有的时候还是费劲呢？这就是咱们要研究的呀！比如说，咱们用一个滑轮组去吊起一个重重的石头。

要是绳子拉得不够直，是不是就感觉更吃力啦？这就好像咱们跑步的时候，弯弯曲曲地跑，能跑得快吗？肯定不能呀！所以绳子的缠绕方式就很重要，这是不是一个影响因素呢？还有哦，吊起的东西越重，咱们是不是感觉越累？这就好比你背书包，书包里东西越多，你是不是就越走不动？那物体的重量肯定也是影响滑轮组机械效率的一个大因素呀！再想想，要是滑轮本身就很重，是不是也会让咱们更费劲？这就好像你穿着一双特别重的鞋子走路，能轻松吗？所以滑轮的重量也是个关键呢！还有哦，咱们拉绳子的时候，如果摩擦力特别大，是不是也很麻烦？就像在泥地里走路，一步一滑的，能不费劲吗？所以摩擦力大小也是不能忽略的哟！你看，这么多因素都会影响滑轮组的机械效率。

那咱们做这个实验，不就是为了搞清楚到底哪个因素影响最大，怎么才能让咱们干活更省劲儿嘛！总之，通过这个实验，咱们就能弄明白好多以前不清楚的事儿，以后再遇到要用滑轮组的地方，就能轻松应对啦！这实验多有意思呀，能让咱们变得更聪明，更会解决问题！示例文章篇二：哎呀呀，同学们，你们知道吗？今天我们来探究一个超级有趣的实验——影响滑轮组机械效率的因素！一进实验室，我就看到了一堆奇奇怪怪的器材，有滑轮啦，绳子啦，还有砝码啥的。

我心里就犯嘀咕：“这能弄出啥名堂来？”老师这时候开始说话啦：“同学们，今天咱们一起来揭开滑轮组的神秘面纱！”老师先给我们讲了实验的原理。

他说：“就好像我们爬楼梯，有时候轻松，有时候累得气喘吁吁，这滑轮组的机械效率也有这样的差别。

关于测滑轮组机械效率的实验与改进方案作者：向玲来源：《读写算》2012年第81期摘要：在测定一个滑轮组的机械效率时，需要我们测定的数据一共有四个。

分别是钩码的重量，我们称作G，，钩码在上升的距离H，弹簧测力计的挂钩拉动绳子上升的距离为S，还有一个是弹簧测力计在拉动绳子时匀速上升的拉力。

在观察数据的时候，我们也一定要弄清楚各个数据之间有何关系，方便我们理解影响滑轮组机械效率的原因。

一、教学目标1、学习如何组装滑轮组，并且掌握测滑轮组机械效率的方法。

2、能独立进行滑轮组机械效率的计算，理解S=nh的公式。

3、培养学生的动手、观察和思维能力，提高科学素质。

学生在"测滑轮组机械效率"的实验时，普遍都会感觉到有两个困难：一个是既要匀速的拉动弹簧秤，同时还要读取数字难，操作较多，效果不直观。

另一个是测量钩码与弹簧秤匀速移动的距离难。

因为钩码的位置与弹簧测力计的位置是始终保持竖直方向的。

在这两个实验进行过程中，学生往往会因方法不当，两边难以兼顾造成数据测量不准确，误差较大。

为此，我在教学实验中对这两个关键的步骤作如下改进：1、首先每组同学事先制作一个小托盘，称好其重量并标清在盘上。

用塑料片剪成一个指针形状粘贴在动滑轮的架上，然后按实验器材装置组装。

必须注意的是弹簧测力计拉力的测量应该在实验过程中保持竖直向上的匀速拉动进行，否则弹簧秤的读数范围变化较大，很难去确定具体的拉力的大小。

而且一定要在拉动中读数。

这也要求了同学们必须相互配合，观察钩码提升的高度h与弹簧测力计移动的距离h的关系。

2、关于钩码上升到一定高度的测量，可先测量出钩码到桌面（或实验器材铁架座面）的距离h1，向上竖直均匀拉动弹簧测力计使钩码升高后，再量出钩码到桌面（或铁架面）的距离。

我们把它标为h2.。

同时我们可以直观得出h2-h1就是钩码升高的高度h。

在实验过程中为了测量和计算的方便，钩码前后的高度h1、h2的值最好是整数。

3、一定要注意实验器材中的定滑轮是为了改变动力方向，方便操作，调节弹簧测力计保持在竖直状态中可以旋转，同时也是为了观察滑轮组的机械效率η的变化。

测量滑轮组机械效率的原理滑轮组是一种常用的简单机械装置，其主要功能是改变力的方向和大小。

滑轮组的机械效率是衡量其能量转换效率的一个重要指标，可以通过实验测量来得到。

测量滑轮组的机械效率的基本原理是根据能量守恒定律和功的定义，通过测量输入功和输出功，计算得到机械效率。

首先，我们需要了解一些基本定义和公式：1. 功：功是物体受力移动所做的功，可以用以下公式表示：功 = 力 ×距离× cosθ其中，力是物体所受到的作用力，距离是力的作用点移动的距离，θ为力的方向和物体运动方向之间的夹角。

2. 机械效率：机械效率是指输入功和输出功的比值，可以用以下公式表示：机械效率 = 输出功 / 输入功接下来，我们具体介绍如何通过实验测量滑轮组的机械效率：1. 实验装置的搭建：需要准备一个滑轮组装置、一根轻细的绳或线，以及一个测力计。

在实验过程中，保证滑轮组运动顺畅，摩擦系数尽量小。

2. 测量滑轮组的输入功：通过测量测力计的示数，确定施加在绳或线上的力，记作F1。

然后，测量绳或线的长度，记作S1。

输入功可以通过以下公式计算得到：输入功 = F1 × S13. 测量滑轮组的输出功：在滑轮组输出端绑上一个重物，测量重物的质量，记作m。

然后，让重物以恒定速度下降，此时测量绳或线的长度的变化量，记作S2。

可以通过以下公式计算输出功：输出功 = m × g × S2其中，g为重力加速度。

4. 计算机械效率：根据定义，计算机械效率的公式为：机械效率 = 输出功 / 输入功在测量过程中，需要注意以下几点：1. 测力计示数的准确性：测力计的示数应该尽量准确，避免读数误差对结果产生影响。

可以通过多次重复测量，取平均值的方式来提高测量的精度。

2. 摩擦的影响：滑轮组在运动过程中会存在一定的摩擦，从而导致一部分输入功转化为摩擦热损失。

为了减小摩擦的影响，可以在滑轮与轴之间涂抹润滑剂，如润滑油。

测量滑轮组的机械效率实验报告【实验目的】1、学会组装滑轮组。

2、会测滑轮组的机械效率。

3、会处理数据，并根据实验数据发现新的问题。

【实验原理】：【实验器材］________________________________________________ 【实验过程】（一）提出问题：滑轮组的机械效率总是一定的吗？（二）猜想与假设：（三）制定计划与设计实验：按图所示方式组装好滑轮组，并使用该滑轮组分别将甲乙重物提起，再将两次实验数据记录，进而比较两次计算的机械效率是否相等，分析其中的原因。

（四）进行实验与收集证据：1、按图所示把滑轮组安装好，记下钩码和弹簧测力计的位置。

2、匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，从弹簧测力计上读出拉力F的值，用刻度尺测出重物上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s,填入记录表格。

3、计算出W有、W总、机械效率，填入表中。

n=W有/W总=Gh/Fs4、改变钩码的重量，重复做上面的实验试验次数钩玛重GZN钩马上升高度h/■有用功W<=Gh/J拉力F/N测力计上升的距离s/m总功W A=F S/J机械效率港唠野以1 1.02 1.5（五）分析与论证：1、滑轮组的机械效率总是一定的吗？你发现了什么规律?2、影响滑轮组机械效率的因素有哪些？（六）评估与交流：你认为如何提高滑轮组的机械效率？【自主练习】1、用定滑轮匀速提起质量为20Kg的物体，所用拉力为220N,物体升高的高度为2m,求此过程中的有用功、总功和定滑轮的机械效率（g取10N∕Kg）o2、用一个动滑轮把重100N的沙子提到9m高的脚手架上，所用的力是60N,那么做的总功是，有用功是，机械效率是。