Question

15．某同學做“測定滑輪組機械效率”的實驗時，實驗桌上有下列器材：A．鐵架臺  B．鉤碼  C．天平  D．定滑輪和動滑輪各若干 E．長約2米的繩子  F．秒表
（1）以上器材中屬于多余的是C、F；（填字母）所缺少的兩件主要器材是測力計；和刻度尺．
（2）實驗操作時，必須豎直勻速拉動彈簧測力計，使鉤碼上升．
（3）實驗測出彈簧測力計示數為0.5N，鉤碼重2N，鉤碼上升的高度為0.1m，動力移動的距離是0.5m，則該同學們選用了圖中的甲滑輪組．（選填“甲”或“乙”）
（4）該滑輪組的機械效率η=80%．畫出該滑輪組的組裝情況．
（5）若甲、乙滑輪組中每個滑輪的規格相同，吊起相同的物體，則較省力的是甲裝置，機械效率較高的是乙裝置（甲/乙）

Answer 1

分析 （1）機械效率等于有用功和總功的比值，根據W_有=Gh，W_總=Fs分析多余的器材和缺少的器材；
（2）彈簧測力計要豎直方向勻速直線拉動彈簧測力計，拉力大小不變，彈簧測力計示數穩定，容易讀數；
（3）根據偶定奇動的原則繞出滑輪組的繞法，然后根據n=$\frac{s}{h}$求出提升物體繩子的段數，比較即可選出正確的裝置；
（4）根據實驗數據，應用效率公式求出滑輪組的效率．
（5）提升物體繩子的段數越多越省力；用不同的滑輪組提升相同的重物時，做的有用功是相同的，如果動滑輪越重，做的額外功就越多，則機械效率就越小．

解答 解：
（1）因為機械效率為有用功和總功的比值，而W_有=Gh，W_總=Fs，故我們要測滑輪組的機械效率就需要測出物重G、自由端的拉力F、物體升高的高度h、自由端通過的距離s，由上可知我們需要彈簧測力計和刻度尺，當然還有滑輪和組裝滑輪用的鐵架臺、線，還要有物體、鉤碼；因此C天平和F秒表是多余的器材，缺少彈簧測力計和刻度尺；
（2）探究滑輪組機械效率時，要豎直勻速拉動彈簧測力計，拉力不變，彈簧測力計示數溫度，方便讀數；
（3）因為h=0.1m，s=0.5m，所以滑輪組繩子的段數為n=$\frac{s}{h}$=$\frac{0.5m}{0.1m}$=5；根據偶定奇動的原則可知，滑輪組的繞法如下：

顯然選擇甲裝置；
（4）滑輪組效率η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{2N×0.1m}{0.5N×0.5m}$×100%=80%；
（5）根據（4）小題中滑輪組的繞法可知，甲提升物體最多的繩子段數為5，乙提升物體最多的繩子段數為3，故甲裝置省力；
對比甲、乙兩圖可以發現，它們提升相同的物體，即所做有用功相同，但甲滑輪組中的動滑輪有兩個，乙中只有一個，則甲滑輪組做的額外功多，所以甲的機械效率小于乙．
故答案為：（1）C、F；測力計；刻度尺；（2）豎直勻速；（3）甲；（4）80%；（5）甲；乙．

點評 本題通過測定滑輪組機械效率的實驗考查實驗器材的選擇、公式的應用，滑輪組的繞法、機械效率的影響因素等；注意提起同一物體時，動滑輪越重，滑輪組機械效率越低．