Question

15．做物理實(shí)驗(yàn)要遵循實(shí)事求是的原則．如圖所示，小明同學(xué)在“研究定滑輪和動(dòng)滑輪特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)中，完成了如下所示的實(shí)驗(yàn)，并記錄了數(shù)據(jù)（如表）．

次數(shù)	鉤碼重G/N	使用定滑輪測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1/N	使用動(dòng)滑輪測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1/N
1	1.00	0.60	0.65
2	1.50	1.10	0.90
3	2.00	1.60	1.15

通過(guò)分析數(shù)據(jù)，她覺(jué)得與書(shū)本中的結(jié)論偏差較大．你一定也做過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)，回想你的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷，回答下列問(wèn)題：
（1）該實(shí)驗(yàn)中造成使用定滑輪時(shí)F₁≠G的主要原因是：彈簧測(cè)力計(jì)外殼有重力．
（2）該實(shí)驗(yàn)中造成使用動(dòng)滑輪時(shí)F₂≠$\frac{G}{2}$的主要原因是：動(dòng)滑輪有重力．
（3）幾天后，小明同學(xué)又做了“測(cè)滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)，在此實(shí)驗(yàn)中他用同一滑輪組進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表：

次數(shù)	鉤碼重/N	鉤碼上升高度/cm	彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)/N	彈簧測(cè)力計(jì)移動(dòng)距離/cm
1	2	10	0.8	40
2	5	5	1.5	20

①此實(shí)驗(yàn)他所用滑輪的個(gè)數(shù)至少是3個(gè)．
②第一次實(shí)驗(yàn)測(cè)得滑輪組的機(jī)械效率為62.5%，第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)滑輪組的機(jī)械效率大于第一次的機(jī)械效率（選填“大于”、“小于”或“等于”）

Answer 1

分析 （1）滑輪組中如果忽略滑輪自重和摩擦力的大小，使用定滑輪不省力，但能改變力的方向；使用動(dòng)滑輪能省一半的力，如果考慮動(dòng)滑輪自重，則F=$\frac{1}{2}$（G_動(dòng)+G_物）．根據(jù)對(duì)測(cè)力計(jì)進(jìn)行受力分析可以找到問(wèn)題所在．
（2）使用定滑輪時(shí)，改進(jìn)彈簧測(cè)力計(jì)的使用法；使用動(dòng)滑輪時(shí)，要考慮到動(dòng)滑輪的重力．
（3）使用滑輪組時(shí)，在忽略滑輪自重和摩擦力的條件下，動(dòng)滑輪和重物由幾股繩子承擔(dān)，拉力為重物的幾分之一，而考慮滑輪自重和摩擦力時(shí)，拉力就不再是重物的幾分之一，但拉力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離仍為重物升高高度的幾倍，據(jù)此分析判斷即可，機(jī)械效率利用η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$計(jì)算．

解答 解：（1）對(duì)定滑輪圖中的測(cè)力計(jì)進(jìn)行受力分析：受到向上繩子的拉力（大小等于鉤碼重），向下受到測(cè)力計(jì)外殼的重力和手向下的拉力．圖中手拉測(cè)力計(jì)掛鉤，因此測(cè)力計(jì)測(cè)量的是手向下的拉力而不是繩子自由端的拉力．所以在勻速拉動(dòng)時(shí)，根據(jù)二力平衡條件可知實(shí)驗(yàn)會(huì)造成 F₁的測(cè)量會(huì)小于物重，所以使用定滑輪時(shí)F₁≠G的主要原因是：沒(méi)有考慮彈簧測(cè)力計(jì)外殼受到的重力．
（2）動(dòng)滑輪的使用：“使用動(dòng)滑輪能省一半力”是在不考慮動(dòng)滑輪和摩擦的理想情況下才成立的，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，動(dòng)滑輪的物重和摩擦是客觀存在的．由表中數(shù)據(jù)可知，隨著物重的增加，測(cè)力計(jì)的示數(shù)變大，但比物重的一半要大，這與“使用動(dòng)滑輪能省一半的力”的結(jié)論偏差較大．其主要原因是沒(méi)有考慮動(dòng)滑輪受到的重力．
（3）使用滑輪組時(shí)，動(dòng)滑輪和重物由幾股繩子承擔(dān)，拉力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離為重物升高高度的幾倍，所以由n=$\frac{s}{h}$=$\frac{40cm}{10cm}$=4可知，動(dòng)滑輪和重物由4股繩子承擔(dān)，即動(dòng)滑輪必須有兩個(gè)，定滑輪至少有一個(gè)，所以滑輪共至少需要3個(gè)．
第一次實(shí)驗(yàn)滑輪組的機(jī)械效率：η₁=$\frac{{W}_{1有用}}{{W}_{1總}(cāng)}$×100%=$\frac{{G}_{1}{h}_{1}}{{F}_{1}{s}_{1}}$×100%=$\frac{2N×10cm}{0.8N×40cm}$×100%=62.5%，
第二次實(shí)驗(yàn)滑輪組的機(jī)械效率為用η₂=$\frac{{W}_{2有用}}{{W}_{2總}(cāng)}$×100%=$\frac{{G}_{2}{h}_{2}}{{F}_{2}{s}_{2}}$×100%=$\frac{5N×5cm}{1.5N×20cm}$×100%=83.3%，
所以第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)滑輪組的機(jī)械效率大于第一次的機(jī)械效率，
故答案為：（1）彈簧測(cè)力計(jì)外殼有重力；
（2）動(dòng)滑輪有重力；
（3）3；62.5%；大于．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析能力，屬實(shí)驗(yàn)評(píng)估類(lèi)題目范疇．有許多物理中的結(jié)論是建立在理想模型條件下得出的，在實(shí)際的應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)與結(jié)論不一致的情況，是受到了客觀條件的影響，而不能說(shuō)結(jié)論有錯(cuò)誤．