Question

4．某同學在做“測定滑輪組機械效率”的實驗中
（1）他所準備的實驗器材有：滑輪，細繩，鐵架臺，直尺，鉤碼，還需彈簧測力計
（2）該同學實驗時，記錄的數據在表格中，請認真填寫所缺少的部分

物重/N	物體提高的高度/m	彈簧測力計讀數/N	繩自由端拉動距離/m	有用功/J	總功/J	機械效率
5	0.15	2	0.45

（3）實驗中彈簧測力計應該做勻速直線運動．
（4）同學乙觀察并分析了甲的實驗后，認為甲的實驗中，可少用一種器材，少測兩個數據也能測出滑輪組的機械效率，通過和甲討論并經過老師的認定，他的方案是可行的，請你分析一下，去掉的器材是什么？答：去掉直尺（或刻度尺）．實驗中同學們又提出了下列假設．
假設1：滑輪組機械效率高低可能與動滑輪重有關
假設2：滑輪組機械效率高低可能與被提升的物重有關
假設3：滑輪組機械效率高低可能與物體提升高度有關
假設4：滑輪組機械效率高低可能與滑輪組繩子股數有關
一位同學設計了如圖所示的四個滑輪組，并將實際數據填入下表．（不填寫機械效率）
表一：

名稱	定滑輪	動滑輪1	動滑輪2	鉤碼
圖示
重力/N	1	1	2	2

表二：

力	F1	F2	F3	F4
大小/N	1	1.67	2	2.5
機械效率

（5）根據實驗①、②（填①、②、③、④）可知，滑輪組機械效率高低與被提升物重有關．
（6）據實驗②和④可知，滑輪組機械效率高低與承擔物重的繩子段數無關．
（7）通過實驗可以發現，不同滑輪組提升相同重物時，動滑輪越重，機械效率越低．
（8）要研究滑輪組機械效率高低是否與物體提升高度有關，應該選用同一滑輪組，提升同一重物到不同（選填“相同”或“不同”）的高度去研究．

Answer 1

分析 （1）在實驗中，需要的器材有刻度尺，鉤碼，彈簧秤，鐵架臺，一個定滑輪和一個動滑輪組成的兩種繞法不同的滑輪組，細繩．
（2）W_有用=Gh，而W_總=Fs，滑輪組的機械效率公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%；
（3）用彈簧測力計時，只有在勻速拉動時，拉力的大小才是不變的，彈簧測力計的示數是不變的，才能快速準確測出拉力的大小．
（4）由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{Gh}{Fnh}$×100%=$\frac{G}{nF}$×100%判斷去掉的實驗器材．

解答 解：（1）實驗中還需測量物重G和拉力F，所以還要用到彈簧測力計；
（2）W_有用=Gh=5N×0.15m=0.75J，W_總=Fs=2N×0.45m=0.9J，η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{0.75J}{0.9J}$×100%=83.3%；
（3）為了正確測量拉力的大小，實驗中彈簧測力計應該做勻速直線運動；
（4）由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{Gh}{Fnh}$×100%=$\frac{G}{nF}$×100%可知，機械效率與物體被提升的高度無關，所以去掉的器材是刻度尺；
（5）要判斷滑輪組機械效率高低與被提升物重之間的關系，需要其他條件不變，只改變物重．
（6）②、④動滑輪重力和物體重力相等，承擔物體的繩子段數不同．
（7）②③只有動滑輪的重力不同．②的機械效率是η₂=$\frac{{G}_{2}{h}_{2}}{{F}_{2}{s}_{2}}$×100%=$\frac{4N×h}{1.67N×3h}$×100%=79.8%；
③的機械效率為：η₃=$\frac{{G}_{3}{h}_{3}}{{F}_{3}{s}_{3}}$×100%=$\frac{4N×h}{2N×3h}$×100%≈66.7%，所以不同滑輪組提升相同重物時，動滑輪越重，機械效率越小．
（8）要研究滑輪組機械效率高低是否與物體提升高度有關，需要使其他條件相同，物體提升高度不同．
故答案為：（1）彈簧測力計；（2）0.75；0.9；83.3%；（3）勻速直線；（4）直尺（或刻度尺）；（5）①、②；（6）承擔物重的繩子段數；（7）低；（8）不同．

點評 此題主要通過實驗來研究影響滑輪組機械效率，考查了對實驗原理的掌握，對機械效率的計算及對實驗數據的分析，研究很細致．