Question

在做测定滑轮组机械效率的实验中，所用装置如图所示．某同学正确测得重物被提升的高度是0.2m，物重是1.2N，其它测量或计算的数据如下：（不计绳重和摩擦）

绳自由端所受拉力F	绳子自由端移动距离S	有用功W有	总功W总
0.5N	0.4m	0.24J	0.2J

（1）如果你对该同学的实验记录进行分析，就会发现他的实验结果是违背物理规律的．上表数据中肯定错误的是________和________（填表格中的数据），应改为________和________；根据改正后的
数据计算得此滑轮组的机械效率η₁=________．
（2）实验中应该________拉动弹簧秤．滑轮组的机械效率小于1的主要原因是要克服________做额外功．
（3）当用这个装置提起重2N的物体时，其机械效率为η₂，则η₂________η₁（填“＞”“=”或“＜”）．
（4）当动滑轮重为________N时，使用该滑轮组提起2N重的物体刚好不省力．

Answer 1

解：（1）分析该同学的实验记录可知：有用功大于总功，而用功应小于总功，所以这一点是违背规律的；
由滑轮组可知：n=3，绳子自由端移动距离s=nh=3×0.2m=0.6m，总功为W_总=Fs=0.5N×0.6m=0.3J，故上表数据中肯定错误的是0.4m和0.2J，应改为0.6m和0.3J；
此滑轮组的机械效率η₁===80%．
（2）根据二力平衡知，只有竖直方向匀速拉动弹簧测力计时，拉力才等于弹簧测力计的示数；
在提升物体，不考虑绳重和摩擦时，要克服动滑轮的重力，所以机械效率总小于1．
（3）使用同一滑轮组时，做的额外功不变，增加物重，增大了有用功，则有用功占总功的比例增大，即机械效率变大，故η₂＞η₁．
（4）若滑轮组不省力时，则有F=G_物，
根据F=（G_物+G_动）得：G_物=（G_物+G_动），
所以G_动=2G_物=2×2N=4N．
故答案为：（1）0.4；0.2；0.6；0.3；80%；（2）竖直方向匀速；动滑轮的重力；（3）＞；（4）4．
分析：（1）根据总功等于有用功和额外功之和可知，有用功不可能大于总功；根据滑轮组可知绳子的有效股数为3，根据s=nh得出绳子自由端移动距离，根据W=Fs求出总功，利用效率公式求出改正后此滑轮组的机械效率．
（2）利用二力的平衡，只有匀速拉动弹簧测力计，弹簧测力计的示数才等于拉力的大小；在提升物体，不考虑绳重和摩擦时，需要克服动滑轮重和摩擦做功，所以要做一些额外功，因此机械效率总小于1．
（3）使用同一滑轮组时，做的额外功不变，增加物重，增大了有用功，机械效率会变大．
（4）摩擦和绳子的重力忽略不计表示时，绳子末端的拉力为F=（G_物+G_动），当拉力等于物体重力的时候，不再省力，根据此关系式列出等式，计算可得动滑轮重．
点评：本题主要是测量滑轮组的机械效率，在实验中，注意绳端拉力的测量，测力计在竖直方向做匀速运动．要掌握有用功、总功、机械效率的计算方法和物重对机械效率的影响．