Question

17．某小組同學(xué)在探究滑輪組的機(jī)械效率與哪些因素有關(guān)時(shí)，提出了一些猜想，小組將對猜想進(jìn)行驗(yàn)證．
（1）如果影響機(jī)械效率的因素有多個(gè)，要研究機(jī)械效率與某個(gè)因素的關(guān)系，需要先控制其他幾個(gè)因素不變，這種方法在科學(xué)探究中被稱作控制變量法．
（2）下列A、B是同學(xué)提出的兩個(gè)猜想：
猜想A：兩個(gè)相同滑輪組成的滑輪組，其機(jī)械效率與滑輪組細(xì)線的繞法有關(guān)；
猜想B：兩個(gè)相同滑輪組成的滑輪組，其機(jī)械效率與滑輪組提升的物重有關(guān)．
（3）為了驗(yàn)證上述猜想是否正確，同學(xué)們準(zhǔn)備分別按圖1、圖2、圖3和圖4的滑輪組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

按圖1和圖3滑輪組準(zhǔn)備做的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)是用來驗(yàn)證猜想A的，若實(shí)驗(yàn)測得兩滑輪組的機(jī)械效率大小相等（相等/不相等），則可初步判斷猜想A是錯(cuò)誤的．
（4）接著，該小組同學(xué)準(zhǔn)備利用圖3（或圖4）的裝置進(jìn)行測滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)，小明同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該豎直勻速向上拉動，小方同學(xué)認(rèn)為保持靜止即可實(shí)現(xiàn)二力平衡，你認(rèn)為小明（小明/小方）的觀點(diǎn)是正確的，因?yàn)檩喤c軸、繩與輪之間的存在摩擦力．
（5）兩人討論以后，選擇了正確的操作方法，小明選擇圖3進(jìn)行了操作，測得彈簧測力計(jì)讀數(shù)為F₃=1.2N；小方選擇了圖4進(jìn)行了操作，測得彈簧測力計(jì)讀數(shù)為F₄=1.4N；已知每個(gè)鉤碼重為0.5N．則圖3裝置的機(jī)械效率為27.8%，圖4裝置的機(jī)械效率為35.7%．據(jù)此，可判斷猜想B是正確（正確/錯(cuò)誤）的．

Answer 1

分析 （1）物理學(xué)中對于多因素（多變量）的問題，常常采用控制因素（變量）的方法，把多因素的問題變成多個(gè)單因素的問題．每一次只改變其中的某一個(gè)因素，而控制其余幾個(gè)因素不變，從而研究被改變的這個(gè)因素對事物的影響，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法；
（3）要探究滑輪組的機(jī)械效率與滑輪組細(xì)線的繞法是否有關(guān)，需要保持除滑輪數(shù)目、規(guī)格相同外，還要提起相同的重物；
（4）在使用滑輪組時(shí)，滑輪組還要克服一些機(jī)械摩擦，所以要測量滑輪組的機(jī)械效率，需使物體上升進(jìn)行讀數(shù)；
（5）根據(jù)公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$計(jì)算滑輪組的機(jī)械效率，其中s=nh；根據(jù)機(jī)械效率得出結(jié)論．

解答 解：
（1）影響機(jī)械效率的因素有多個(gè)，要研究機(jī)械效率與某個(gè)因素的關(guān)系，需要先控制其他幾個(gè)因素不變，這種方法在科學(xué)探究中被稱作控制變量法；
（3）要探究滑輪組的機(jī)械效率與滑輪組細(xì)線的繞法是否有關(guān)，需要保持除滑輪數(shù)目、規(guī)格相同，還要提起相同的物重，所以選擇的是圖1、3或圖2、4；若實(shí)驗(yàn)測得兩個(gè)滑輪組的機(jī)械效率大小相等，說明機(jī)械效率與繞線方法無關(guān)，可初步判斷猜想A是錯(cuò)誤的；
（4）在使用滑輪組時(shí)，滑輪組還要克服一些機(jī)械摩擦，所以為了正確測量滑輪組提升物體時(shí)的拉力，需在緩慢勻速提升時(shí)讀數(shù)，小明同學(xué)正確；
（5）由圖3和圖4知，滑輪組由3段繩子承擔(dān)物重，所以s=3h，
所以圖3滑輪組的機(jī)械效率為：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{Gh}{Fnh}$=$\frac{G}{nF}$=$\frac{2×0.5N}{3×1.2N}$×100%≈27.8%；
圖4滑輪組的機(jī)械效率為：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{Gh}{Fnh}$=$\frac{G}{nF}$=$\frac{3×0.5N}{3×1.4N}$×100%≈35.7%；
圖3和圖4是相同的滑輪組，提升的物體越重，機(jī)械效率越高，說明機(jī)械效率與物重有關(guān)，可初步判斷猜想B是正確的．
故答案為：（1）控制變量法；（3）1；3；相等；（4）小明；輪與軸、繩與輪之間的存在摩擦力；（5）27.8%；35.7%；正確．

點(diǎn)評 探究影響滑輪組機(jī)械效率的因素，需要應(yīng)用控制變量法；滑輪組的機(jī)械效率的高低與提起的物重、動滑輪的重、繩重、摩擦有關(guān)．與滑輪的繞法、升高的距離沒有關(guān)系．