Question

8．某實驗小組在“測滑輪組機械效率”的實驗中得到的數據如下表所示，第1、2、3次實驗裝置分別如圖27中的甲、乙、丙所示．

次數	鉤碼重G/N	鉤碼上升高度h/m	有用功W有用/J	測力計拉力F/N	測力計移動距離S/m	總功 W總/J	機械效率η
1	2	0.1	0.2	0.9	0.3	0.27	74.1%
2	4	0.1	0.4	1.6	0.3	0.48	83.8%
3	4	0.1	0.4	1.1	0.5	0.55	72.7%

（1）在實驗中，應拉動彈簧測力計使其勻速豎直向上運動．
（2）第3次實驗中所做的有用功是0.4J，機械效率是72.7%
（3）比較第1次實驗和第2次實驗，可得結論：使用同樣的滑輪組，提起的鉤碼越重，滑輪組的機械效率越高．
（4）第3次實驗中動滑輪個數比第2次實驗多，動滑輪自重增大，使動滑輪所做的額外功增大（選填“增大”或“減小”），因而．由第2、3次實驗可知：滑輪組的機械效率與動滑輪重有關．

（5）小紅在以上實驗的基礎上利用圖乙也做了實驗，
①小紅的做法是為了控究滑輪組的機械效率和拉力大小是否有關
②當這兩位同學使用各自的滑輪組提升相同的重物時，若忽略繩重及摩擦，它們的機械效率相同（選填“相同”或“不相同”），理由是：有用功、總功都相同．得到的結論是：若忽略繩重及摩擦，在動滑輪重和物重相同的情況下，滑輪組的機械效率與拉力大小無關．
（3）小軍也用如圖甲所示的滑輪組進行了三次實驗，實驗數據如下表：

物理量 控制因素	物重 G/N	繩端拉力F/N	機械效率η/%
較小提升速度	10	4.2	79.4
中等提升速度	10	4.2	79.4
較大提升速度	10	4.2	79.4

在小軍的實驗中，你得到的結論是：機械效率的大小與物體運動速度無關．

Answer 1

分析 （1）應豎直勻速拉動測力計，這樣拉力大小不變，彈簧測力計的示數穩(wěn)定．
（2）根據s=nh確定繩子的股數，判斷是哪一個滑輪組；根據η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$計算第3次實驗的機械效率；
（3）比較實驗1和3的條件和機械效率大小，可得出提升物體的重力大小對滑輪組機械效率的影響；
（4）實驗中克服動滑輪重力所做的功越多，則額外功就越大；根據第2、3次實驗的相同點和不同點分析機械效率的變化；滑輪組的機械效率跟提起的物重，動滑輪的重、繩子的重、摩擦有關．
（5）滑輪組繩子自由端的拉力F=$\frac{1}{n}$G，由兩圖可以看出繩子的股數不同，所以其省力情況也就不同；計算滑輪組的機械效率時，若忽略繩重及摩擦，則額外功就是提升動滑輪所做的功．
（6）根據表格中速度的變化與機械效率的大小分析．

解答 解：
（1）實驗中應該勻速豎直向上拉動彈簧測力計，以保證拉力大小恒定．
（2）實驗3中，s=0.5m，h=0.1m，因為n=$\frac{s}{h}$=$\frac{0.5m}{0.1m}$=5；故實驗選用的是第三個圖；
有用功為：W_有=Gh=4N×0.1m=0.4J；總功為W_總=Fs=1.1N×0.5m=0.55J，
機械效率為：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{0.4J}{0.55J}$×100%=72.7%；
（3）比較實驗數據1和2可知，兩次實驗使用同一滑輪組，提升的物體越重，滑輪組的機械效率越高；
（4）實驗中克服動滑輪重力所做的功越多，則額外功就越大，所以動滑輪自重增大，使動滑輪所做的額外功變大；由實驗2、3實驗可知，有用功相同，總功增大，額外功增大，機械效率降低；所以滑輪組的機械效率跟動滑輪的重有關．
（5）①小紅的做法改變了繩子的股數，因此其省力情況就隨著改變了，有三段繩子拉著動滑輪時拉力F=$\frac{1}{3}$G，有兩段繩子拉著動滑輪時拉力F=$\frac{1}{2}$G，動滑輪的個數相同，物重相同，所以小紅的做法是為了探究：滑輪組的機械效率和拉力大小是否有關．
②當這兩位同學使用各自的滑輪組提升相同的重物時，若忽略繩重及摩擦，他們做的有用功相同，額外功也一樣，因此總功相同，也就是機械效率相同；
因此得到的結論是：若忽略繩重及摩擦，在動滑輪重和物重相同的情況下，滑輪組的機械效率與拉力大小無關．
（6）由表格可知，速度不同時，效率是相同的，即機械效率的大小與物體運動速度無關．
故答案為：（1）勻速豎直向上；（2）0.4；72.7%；（3）使用同一滑輪組，提升的物體越重，滑輪組的機械效率越高；（4）增大；動滑輪重；（5）滑輪組的機械效率和拉力大小是否有關；②相同；有用功、總功都相同；若忽略繩重及摩擦，在動滑輪重和物重相同的情況下，滑輪組的機械效率與拉力大小無關；（6）機械效率的大小與物體運動速度無關．

點評 實驗中，對滑輪組的分析、機械效率公式的運用是實驗的基礎，同時，實驗中分別探究了機械效率高低與動滑輪個數、提升物體重力等多個量的關系，因此控制變量法的運用也十分關鍵．