Question

6．在“探究滑輪組機械效率”的實驗中：
（1）小明實驗小組采用A、B兩種繞線方式不同的滑輪組進行實驗，發現了一些實際問題．
a．下表是實驗中的幾組數據，請在空白處填上相應的計算結果．

實驗 次數	滑 輪 組	物塊重 G/N	物塊上升 的高度 h/m	有用功 W有/J	拉力 F/N	彈簧測力 計移動的 距離s/m	總功 W總/J	機械 效率
1	A	0.50	0.2	0.10	0.20	0.4	0.08	125%
2	A	1.90	0.2	0.38	0.95	0.4	0.38	100%
3	B	0.50	0.2	0.10	0.25	0.6
4	B	1.90	0.2	0.38	0.75	0.6	0.45	84.4%

b．實際中機械效率＜ 1（選填“＞”、“=”或“＜”），而表格中1、2兩次實驗的機械效率分別為100%和125%．這是什么原因？通過觀察如圖1，手持彈簧測力計在豎直方向時，發現指針的位置不同，中圖中指針在零刻線的下方．經過分析，找到了機械效率為100%和125%的原因是：用滑輪組A進行實驗時，彈簧測力計的示數比細繩實際的拉力要小 （選填“大”或“小”，下同），用測量值計算出的總功比細繩實際拉力做的功要小，因此測得的機械效率比實際效率要高．
c．實驗總結：在測量滑輪組機械效率的實驗中，考慮彈簧測力計對讀數的影響，測拉力時，彈簧測力計一般要豎直向上 移動；若彈簧測力計倒置時測拉力，要先將指針調至零刻線處．
（2）小強小組利用兩組滑輪組也進行了4次測量，用一個動滑輪和一個定滑輪測得前3組數據，用兩個動滑輪和兩個定滑輪測得笫4組數據，如下表：

實驗 次數	物重 G物/N	動滑輪重 G動/N	鉤碼上升的 高度h/m	動力 F/N	動力作用點移動的距離s/m	滑輪組的機 械效率η/%
1	1	0.5	0.1	0.7	0.3	47.6
2	2	0.5	0.1	1.1	0.3	60.6
3	4	0.5	0.1	2	0.3	66.7
4	4	1	0.1		0.5

a根據表中前3次實驗數據，畫出圖2甲圖中滑輪組的繞繩方法．
b．在實驗中，測量繩端拉力F時，應盡量豎直勻速向上拉動彈簧測力計，讀出圖2乙圖中彈簧測力計的示數為1.6N，第4次實驗時滑輪組的機械效率為50%．
c．由表中第1、2、3組數據可知，同一滑輪組的機械效率與物重有關．
d．由表中第3、4組數據可知，同一滑輪組的機械效率與摩擦和動滑輪重有關，請計算出第3組實驗中克服摩擦所做的額外功0.15 J．

Answer 1

分析 （1）a、要解決此題，需要掌握總功、有用功、機械效率的概念．知道W_有用=Gh、W_總=Fs、η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$；
b、要知道在使用滑輪組時，總要克服額外功，所以有用功總小于總功，所以機械效率總小于1；
由于彈簧測力計的彈簧測力計本身具有重力，所以如果物體的重力太小的話，造成的誤差就會很大；
在分析機械效率大的原因時，關鍵是從測力計的示數著手，拉力的誤差會造成總功的誤差；所以如果拉力偏小，則總功偏小，機械效率便會偏大；
c、要知道豎直向上拉動測力計可以減少測力計本身對拉力的影響；
（2）a、根據h與s的關系（s=nh）結合表格中數據判斷承擔物重的繩子段數，然后繞線；
b、為準確地測出拉力，需豎直向上勻速拉動測力計；進行讀數時，注意測力計的分度值；
根據公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$計算機械效率；
c、根據結論：同一滑輪組的機械效率與物重有關，找出實驗數據即可；
d、由表中第3、4組數據可知，物重相同，動滑輪重力不同，先根據W=Gh求出有用功和克服動滑輪做的功，然后根據W=Fs求出總功，則克服繩重及摩擦做的那部分額外功等于總功減去有用功和克服動滑輪做的功．

解答 解：
（1）a、第3次實驗時，總功：W_總3=F₃s₃=0.25N×0.6m=0.15J；
機械效率：η₃=$\frac{{W}_{有3}}{{W}_{總3}}$=$\frac{0.1J}{0.15J}$×100%=66.7%；
b、在實際中，由于額外功總是存在的，則有用功小于總功，所以機械效率總小于1；
分析表格中1、2兩次實驗可知，n=2，即由兩段繩子承擔物重，所以拉力向下；由于彈簧測力計本身受重力作用，結合圖1的第3幅圖可知，測量時測力計的示數偏小，所測的拉力比實際的拉力要小；
因此計算的總功偏小，根據η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$可知，在有用功不變的情況下，總功偏小，所以測量的機械效率偏高；
c、由于測力計本身重力的影響，向下拉動測力計時誤差會很大，所以測力計一般要豎直向上拉動．
（2）a、由前3次實驗數據可知，s=3h，所以滑輪組由3段繩子承擔物重，因此繩子應從動滑輪繞起，如下圖所示：

b、實驗中應沿豎直向上勻速拉動彈簧測力計，這樣才能準確測出拉力的值；
由圖知，測力計的分度值為0.2N，所以其示數為1.6N；
第4次實驗時滑輪組的機械效率為：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{4N×0.1m}{1.6N×0.5m}$×100%=50%；
c、由表中第 1、2、3組數據可知，用同一滑輪組提升不同的重物至同一高度，隨著提升物重的增加，滑輪組的機械效率將變大，由此可知：同一滑輪組的機械效率與物重有關；
d、由表中第3、4組數據可知，物重相同，動滑輪重力不同，機械效率不同，由此可得：滑輪組的機械效率與摩擦和動滑輪重有關；
根據表中第3組數據可知，有用功：W_有=Gh=4N×0.1m=0.4J；
克服動滑輪重做的額外功：W_動=G_動h=0.5N×0.1m=0.05J；
總功：W_總=Fs=2N×0.3m=0.6J；
則克服繩重及摩擦做的那部分額外功：W_額′=W_總-W_有-W_動=0.6J-0.4J-0.05J=0.15J．
故答案為：（1）a、0.15；66.7%； b、＜；小；小； c、上；
（2）a、見上圖； b、豎直勻速；1.6；50%； c、1、2、3； d、動滑輪重； 0.15．

點評 此題是“探究滑輪組的機械效率”實驗，考查了滑輪組機械效率的計算，根據數據分析影響滑輪組效率的因素，同時考查了有關滑輪組的組裝及測力計的讀數問題，要細心分析每一個問題．