Question

18．在“測滑輪組的機械效率”的實驗中；
（1）需要的測量工具有彈簧測力計和刻度尺．
（2）需要測量的物理量為物體的重力G、物體升高的高度h、拉力的大小F和拉力移動的距離s．
（3）計算滑輪組的機械效率的公式為；η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$
（4）小明和小白測得的實驗數據為，物體重力為1500N，繩端拉力為400N，滑輪組機械效率為75%．請你把他們的滑輪組裝配圖畫在下面的虛方框內．
（5）小華在測量繩端拉力F的大小時，讓重物不動讀出了彈簧測力計的示數，這樣他測得機械效率將偏大（填“偏大”或“偏小”）．

Answer 1

分析 （1）（2）利用機械效率公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$分析探究機械效率實驗所需要測量的物理量和需要的測量工具；
（3）測量出物體升高的高度h、拉力移動的距離s、拉力的大小F、物體的重力G，計算出有用功W_有=Gh，總功W_總=Fs，利用效率公式求滑輪組的機械效率；
（4）根據公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{G}{nF}$求出滑輪組繩子的段數，然后給滑輪組繞繩子；
（5）彈簧測力計靜止時，讀數變小，根據公式W=Fs可知，總功會變小，在有用功不變的情況下，機械效率就會變大．

解答 解：
（1）根據公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$可知，實驗中需要測量力和距離，所以需要的測量工具有彈簧測力計和刻度尺；
（2）根據公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$可知，需要測量的物理量是：物重G、拉力F、物體升高的高度h和拉力移動的距離s；
（3）若物體升高的高度h、拉力移動的距離s、拉力的大小F、物體的重力G；
則有用功W_有=Gh，總功W_總=Fs，滑輪組的機械效率η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$；
（4）根據公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{G}{nF}$可知，
滑輪組繩子的段數為：n=$\frac{G}{ηF}$=$\frac{1500N}{75%×400N}$=5，所以繩子的起點在動滑輪上，如圖所示：

（5）用滑輪組拉動物體上升時，當彈簧測力計靜止時，繩輪之間的摩擦力為零，故額外功減小，總功減小，根據公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$可知，鉤碼重、鉤碼上升的距離、物體升高的距離都不變，總功減小，機械效率會變大．
故答案為：（1）彈簧測力計，刻度尺； （2）物體的重力G；物體升高的高度h；拉力的大小F；拉力移動的距離s；（3）η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$；（4）見上圖；（5）偏大．

點評 本題考查了實驗探究滑輪組的機械效率，要求學生掌握依據公式（原理）確定實驗器材、實驗所要測量的物理量、滑輪組的組裝及滑輪組的機械效率的計算．