Question

18．如圖所示，是測(cè)量滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)裝置．
（1）用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上勻速拉動(dòng)重為6N的鉤碼，由圖示可知拉力大小為2.4N，該滑輪組的機(jī)械效率是83.3%（結(jié)果保留到0.1%），由于在拉動(dòng)過(guò)程讀數(shù)不方便，于是停下來(lái)讀取拉力大小，這會(huì)使效率偏高．
（2）提高機(jī)械效率的主要辦法是改進(jìn)結(jié)構(gòu)，使它更輕巧．若如圖裝置中動(dòng)滑輪的重為G₁，用它提升一重物，滑輪組的機(jī)械效率為60%；改用一個(gè)輕質(zhì)材料制作的重為G₂的動(dòng)滑輪后，再提升同一重物，滑輪組的機(jī)械效率提高到了90%，則G₂與G₁之比為1：6（不計(jì)繩重及各處的摩擦），此時(shí)除了減輕動(dòng)滑輪重力，提高滑輪組機(jī)械效率的方法還有增大物重．

Answer 1

分析 （1）測(cè)量過(guò)程中需豎直向上勻速拉動(dòng)測(cè)力計(jì)；
根據(jù)圖確定測(cè)力計(jì)的分度值，讀出拉力F；
根據(jù)公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$計(jì)算滑輪組的機(jī)械效率，其中s=nh；
靜止時(shí)，拉力克服物重及動(dòng)滑輪重，拉動(dòng)時(shí)，拉力除了克服物重和動(dòng)滑輪重外，還需克服摩擦力．
（2）使用一個(gè)重力為G₁的動(dòng)滑輪和一個(gè)定滑輪組成的滑輪組勻速提升一個(gè)重物G，設(shè)把重物G提起h，求出有用功和總功，根據(jù)機(jī)械效率公式求出動(dòng)滑輪的重和物重的關(guān)系；同理求出用動(dòng)滑輪G₂和一個(gè)定滑輪組成的滑輪組勻速提升重物G時(shí)，求出有用功和總功，根據(jù)機(jī)械效率公式求出動(dòng)滑輪的重和物重的關(guān)系；得到的兩個(gè)式子求比求出新動(dòng)滑輪的重力是原來(lái)動(dòng)滑輪的重力的倍數(shù)；
根據(jù)滑輪組的機(jī)械效率為：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{G}{G+{G}_{動(dòng)}}$進(jìn)行分析．

解答 解：
（1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)；
由圖知，測(cè)力計(jì)的分度值為0.2N，示數(shù)為2.4N；
由圖知，滑輪組由3段繩子承擔(dān)物重，所以s=3h，則滑輪組的機(jī)械效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$═$\frac{Gh}{Fnh}$=$\frac{G}{nF}$=$\frac{6N}{3×2.4N}$×100%≈83.3%；
物體靜止時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不必克服摩擦力，所以計(jì)算的額外功偏小，機(jī)械效率偏高；
（2）使用一個(gè)重力為G₁的動(dòng)滑輪和一個(gè)定滑輪組成的滑輪組勻速提升一個(gè)重物G，設(shè)把重物G提起h，
此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率為：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{（G+{G}_{1}）h}$=$\frac{G}{G+{G}_{1}}$，
所以，60%=$\frac{G}{G+{G}_{1}}$，
所以，G₁=$\frac{2}{3}$G；
同理使用一個(gè)重力為G₂的動(dòng)滑輪和一個(gè)定滑輪組成的滑輪組勻速提升一個(gè)重物G，設(shè)把重物G提起h，
此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率為：90%=$\frac{G}{G+{G}_{2}}$，
所以，G₂=$\frac{1}{9}$G；
所以$\frac{{G}_{2}}{{G}_{1}}$=$\frac{\frac{1}{9}G}{\frac{2}{3}G}$=$\frac{1}{6}$；
根據(jù)滑輪組的機(jī)械效率公式：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{G}{G+{G}_{動(dòng)}}$可知，在G_動(dòng)一定時(shí)，G越大，效率越高．
故答案為：（1）勻速；2.4；83.3%；高；（2）1：6；增大物重．

點(diǎn)評(píng) 本題是有關(guān)滑輪組的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，主要考查了實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問(wèn)題、測(cè)力計(jì)的讀數(shù)及機(jī)械效率的計(jì)算，對(duì)于機(jī)械效率的問(wèn)題，已知機(jī)械效率或要求出機(jī)械效率，要根據(jù)機(jī)械效率的公式列出等式，進(jìn)行求解．