Question

11．如圖為測量滑輪組機械效率的實驗裝置，鉤碼總重6N．
（1）所準備的實驗器材有：滑輪、細繩、鐵架臺、鉤碼、彈簧測力計和刻度尺．
（2）實驗時要沿豎直方向勻速拉動彈簧測力計，由圖可知拉力大小為2.4 N，若鉤碼上升的高度為10cm，則有用功是0.6J，該滑輪組的機械效率為83.3%．
（3）若僅減少鉤碼的個數，該滑輪組的機械效率將減小．（選填“增大”、“減小”或“不變”）

Answer 1

分析 （1）根據η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$來確定所需的測量儀器；
（2）①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．
②彈簧測力計的讀數：明確每一個大格和每一個小格代表的示數．
③有用功等于鉤碼重力和鉤碼上升高度的乘積，即W_有用=Gh，注意鉤碼上升高度的單位要換算成米；總功等于拉力和繩端移動距離的乘積，即W_總=FS，由圖可知，用來承重動滑輪的繩子段數為3段，所以繩子移動的距離為物體上升高度的3倍，即S=3h；機械效率等于有用功和總功的比值，即η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%．
（2）機械效率表示有用功占總功的百分比．用滑輪組提起重物時，對重物做的功為有用功，克服動滑輪重力和繩子重力及摩擦做的功是額外功．總功是有用功和額外功的總和，所以有用功和額外功的大小都會影響機械效率的大小．減少鉤碼的個數，即減小了有用功．

解答 解：（1）由機械效率的概念可知，η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$，所以實驗中要測量G、F及s、h，因此要用到彈簧測力計和刻度尺；
（2）在實驗操作中應豎直向上勻速拉動彈簧測力計．這樣彈簧測力計處于平衡狀態，彈簧測力計的示數才反映了拉力的大小．
每一個大格代表1N，每一個小格代表0.2N，彈簧測力計的示數為2.4N．
W_有=Gh=6N×0.1m=0.6J
重物有3段繩子承擔，
s=3h=3×0.1m=0.3m
W_總=Fs=2.4N×0.3m=0.72J
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{0.6J}{0.72J}$×100%≈83.3%．
（3）整個滑輪組保持不變，即額外功不變．因為對重物做的功為有用功，減少鉤碼的個數，即減小了有用功，機械效率就會減小．
故答案為：
（1）彈簧測力計； 刻度尺；
（2）豎直；勻速；2.4；0.6；83.3%；
（3）減小．

點評 （1）滑輪組做的有用功是提升物體重力做的功，額外功是克服動滑輪重力和繩子重力及摩擦做的功，總功是拉力做的功，機械效率等于有用功和總功的比值．
（2）滑輪組的機械效率與提升物體的物重有關，同一滑輪組，提升物體重力越大，機械效率越大．