Question

20．某实验小组的同学用如图甲所示的器材，探究影响滑轮组机械效率的因素．
（1）要用最省力的办法提起图甲中的重物，请完成滑轮组的绕线．
（2）该实验小组的同学将图甲中的物体换成钩码，采用图乙所示的绕线方法，测得滑轮组的机械效率如下表所示．

实验次数	钩码重量G/N	钩码上升高度h/m	拉力F/N	拉力F通过距离s/m	机械效率η/%
1	0.50	0.20	0.40	0.40	62.5
2	1.00	0.20	0.75	0.40	66.7
3	1.00	0.30	0.75	0.60	66.7
4	1.50	0.20	1.02	0.40	73.5
5	2.00	0.20	1.34	0.40
6	2.50	0.20	1.66	0.40	75.3

第五次实验，滑轮组的机械效率η₅=74.6%（计算结果保留一位小数）．
（3）比较2、3两次实验，可知：同一滑轮组的机械效率与重物被提升高度无关．
（4）根据以上信息，可以得出：用同一滑轮组提升不同重物至同一高度，在克服动滑轮的重力所做的额外功相同（选填“相同”或“不同”）；提升的物重增加时，克服摩擦和绳重所做的额外功变大，滑轮组的机械效率将变大（选填“变大”、“变小”或“不变“）．
（5）多次改变提升的物重测量滑轮组的机械效率，目的是C（选填字母）．
A．减小摩擦
B．多次测量取平均值减小误差
C．获得多组数据归纳出物理规律
D．提高滑轮组的机械效率
（6）在某一次测量中，将图（乙）中F的方向改为图丙中的F₁，其它条件不变，滑轮组的机械效率不变（选填“增大”、“变小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，其最省力的绕线方法就是由三段绳子承担物重，据此来进行绕线；
（2）根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$求出第5次实验滑轮组的机械效率；
（3）探究滑轮组的机械效率与重物被提升高度关系时，应控制其他因素不变，只改变物体被提高高度；
（4）根据W=Gh可得：用同一滑轮组提升不同重物至同一高度克服动滑轮的重所做的额外功关系，提升的物重增加时克服物重所做的有用功的变化；进一步分析机械效率得出其变化；
（5）初中物理用实验探究物理问题时要进行多次实验，有的是为了多次测量求平均值来减小误差；有的是多次测量发现变化规律；有的是为了使实验结论具有普遍性；
（6）观察图可知，绳端最后绕过的是定滑轮，定滑轮只起改变力的方向的作用，对力的大小不会产生影响．

解答 解：
（1）一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，其最省力的绕法是由三段绳子承担物重，故其绕绳如下：

（2）第5次实验滑轮组的机械效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{2N×0.2m}{1.34N×0.4m}$×100%≈74.6%；
（3）探究滑轮组的机械效率与重物被提升高度关系时，应控制其他因素不变（物体的重不变），只改变物体被提高高度，由表格数据可知，应比较2、3两次实验；
（4）用同一滑轮组提升不同重物至同一高度，由W=Gh可知，克服动滑轮的重所做的额外功相同；
物体的重力越大，每段绳子上承担的物重越大，滑轮与绳子间的压力增大，摩擦力增大，克服摩擦力所做的额外功变大；
提升的物重增加时，克服物重所做的有用功增加，由表中数据可知，滑轮组的机械效率变大；
（5）多次改变提升的物重测量滑轮组的机械效率，是为了进行多次测量，获得多组数据，总结实验规律，使实验结论具有普遍性，故C正确；
（6）读图可知，绳端最后绕过的是定滑轮，定滑轮只改变力的方向，不影响力的大小，因此，拉力的最终方向不影响拉力的大小（拉力不变），机械效率当然也就不会变化．
故答案为：
（1）见上图；（2）74.6；（3）2、3；（4）相同；变大；变大；（5）C；（6）不变．

点评 本题考查了测量滑轮组机械效率的实验，涉及到拉力的计算和滑轮组机械效率的计算以及实验的注意事项、分析实验数据得出结论、多次测量的目的等，要注意影响滑轮组机械效率因素的掌握．