Question

19．在用滑輪組提升重物的實驗中，若要“測該滑輪組機械效率”：
（1）實驗中，在測量繩端所受的拉力時，彈簧測力計應勻速上升（填“保持靜止”或“勻速上升”）．

鉤碼重（N）	拉力F （N）	鉤碼移動距離（m）	繩末端移動距離（m）	有用功（J）	總功（J）	機械效率
0.96	0.32	0.10	0.40

（2）實驗中測得數據為上表，請完成表格中空格內容．
（3）上述實驗數據是用右圖中乙裝置測的（填“甲”或“乙”），并畫出其繞繩的情況．
（4）該實驗中，若在原裝置基礎上，想改變拉力的方向，可以采取的方法是只連接一個動滑輪的方法；不考慮繩重及摩擦，改裝后的機械效率將不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）在測量繩端所受的拉力時，彈簧測力計應勻速上升；
（2）根據表中數據，由W_有=G_物h求有用功；根據W=Fs求總功，根據η=$\frac{{W}_{有}}{W}$求機械效率；
（3）根據繩子自由端移動的距離與物體升高的高度的關系s=nh，確定繩子的有效段數，根據“偶定奇動”繞繩；
（4）若在原裝置基礎上，想改變拉力的方向，可以采取的方法是繩子的一端先從動滑輪連接；
不考慮繩重及摩擦，額外功的來源是克服動滑輪自重做的，W_額外=G_動h，總功為W=G_動h+G_物h，
根據η=$\frac{{W}_{有}}{W}$分析討論．

解答 解：（1）實驗中，在測量繩端所受的拉力時，彈簧測力計應勻速上升，此時作用在繩子自由端的拉力大小才等于測力計的示數；
（2）由表中數據可知，有用功：W_有=G_物h=0.96N×0.1m=0.096J，
做的總功：W=Fs=0.32N×0.4m=0.128J，
滑輪組的機械效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{W}$=$\frac{0.096J}{0.128J}$×100%=75%；
如下表所示：

鉤碼重（N）	拉力F （N）	鉤碼移動距離（m）	繩末端移動距離（m）	有用功（J）	總功（J）	機械效率
0.96	0.32	0.10	0.40	0.096	0.128	75%

（3）根據繩子自由端移動的距離與物體升高的高度的關系s=nh可知，繩子的有效段數：
n=$\frac{s}{h}=\frac{0.4m}{0.1m}$=4；
用甲裝置有效段數最多為3，故上述實驗數據是用右圖中乙裝置測的，根據“偶定奇動”原則可知，繩子一端先從定滑輪的下面掛鉤繞起，其繞繩的情況如下左圖所示：

（4）該實驗中，若在原裝置基礎上，想改變拉力的方向，在原來的連接基礎上，可采用只連接一個動滑輪的方法，如上右圖所示；
不考慮繩重及摩擦，額外功是克服動滑輪自重做的功：W_額外=G_動h，
有用功：W_有=G_物h，
總功：W_總=G_動h+G_物h，
改裝后的機械效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{{G}_{物}h}{{G}_{動}h{+G}_{物}h}$=$\frac{{G}_{物}}{{G}_{動}{+G}_{物}}$，因物體的重和動滑輪的重沒有改變，故改裝后的機械效率將不變．
故答案為：（1）勻速上升；（2）如上表所示；（3）乙；如上左圖所示；（4）只連接一個動滑輪的方法，如上右圖所示；不變．

點評 本題測該滑輪組機械效率，考查有用功、額外功的及機械效率的計算和滑輪組的連接、影響機械效率的因素．