Question

8．某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如下表所示，第1、2、3次实验装置分别如图27中的甲、乙、丙所示．

次数	钩码重G/N	钩码上升高度h/m	有用功W有用/J	测力计拉力F/N	测力计移动距离S/m	总功 W总/J	机械效率η
1	2	0.1	0.2	0.9	0.3	0.27	74.1%
2	4	0.1	0.4	1.6	0.3	0.48	83.8%
3	4	0.1	0.4	1.1	0.5	0.55	72.7%

（1）在实验中，应拉动弹簧测力计使其匀速竖直向上运动．
（2）第3次实验中所做的有用功是0.4J，机械效率是72.7%
（3）比较第1次实验和第2次实验，可得结论：使用同样的滑轮组，提起的钩码越重，滑轮组的机械效率越高．
（4）第3次实验中动滑轮个数比第2次实验多，动滑轮自重增大，使动滑轮所做的额外功增大（选填“增大”或“减小”），因而．由第2、3次实验可知：滑轮组的机械效率与动滑轮重有关．

（5）小红在以上实验的基础上利用图乙也做了实验，
①小红的做法是为了控究滑轮组的机械效率和拉力大小是否有关
②当这两位同学使用各自的滑轮组提升相同的重物时，若忽略绳重及摩擦，它们的机械效率相同（选填“相同”或“不相同”），理由是：有用功、总功都相同．得到的结论是：若忽略绳重及摩擦，在动滑轮重和物重相同的情况下，滑轮组的机械效率与拉力大小无关．
（3）小军也用如图甲所示的滑轮组进行了三次实验，实验数据如下表：

物理量 控制因素	物重 G/N	绳端拉力F/N	机械效率η/%
较小提升速度	10	4.2	79.4
中等提升速度	10	4.2	79.4
较大提升速度	10	4.2	79.4

在小军的实验中，你得到的结论是：机械效率的大小与物体运动速度无关．

Answer 1

分析 （1）应竖直匀速拉动测力计，这样拉力大小不变，弹簧测力计的示数稳定．
（2）根据s=nh确定绳子的股数，判断是哪一个滑轮组；根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$计算第3次实验的机械效率；
（3）比较实验1和3的条件和机械效率大小，可得出提升物体的重力大小对滑轮组机械效率的影响；
（4）实验中克服动滑轮重力所做的功越多，则额外功就越大；根据第2、3次实验的相同点和不同点分析机械效率的变化；滑轮组的机械效率跟提起的物重，动滑轮的重、绳子的重、摩擦有关．
（5）滑轮组绳子自由端的拉力F=$\frac{1}{n}$G，由两图可以看出绳子的股数不同，所以其省力情况也就不同；计算滑轮组的机械效率时，若忽略绳重及摩擦，则额外功就是提升动滑轮所做的功．
（6）根据表格中速度的变化与机械效率的大小分析．

解答 解：
（1）实验中应该匀速竖直向上拉动弹簧测力计，以保证拉力大小恒定．
（2）实验3中，s=0.5m，h=0.1m，因为n=$\frac{s}{h}$=$\frac{0.5m}{0.1m}$=5；故实验选用的是第三个图；
有用功为：W_有=Gh=4N×0.1m=0.4J；总功为W_总=Fs=1.1N×0.5m=0.55J，
机械效率为：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{0.4J}{0.55J}$×100%=72.7%；
（3）比较实验数据1和2可知，两次实验使用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高；
（4）实验中克服动滑轮重力所做的功越多，则额外功就越大，所以动滑轮自重增大，使动滑轮所做的额外功变大；由实验2、3实验可知，有用功相同，总功增大，额外功增大，机械效率降低；所以滑轮组的机械效率跟动滑轮的重有关．
（5）①小红的做法改变了绳子的股数，因此其省力情况就随着改变了，有三段绳子拉着动滑轮时拉力F=$\frac{1}{3}$G，有两段绳子拉着动滑轮时拉力F=$\frac{1}{2}$G，动滑轮的个数相同，物重相同，所以小红的做法是为了探究：滑轮组的机械效率和拉力大小是否有关．
②当这两位同学使用各自的滑轮组提升相同的重物时，若忽略绳重及摩擦，他们做的有用功相同，额外功也一样，因此总功相同，也就是机械效率相同；
因此得到的结论是：若忽略绳重及摩擦，在动滑轮重和物重相同的情况下，滑轮组的机械效率与拉力大小无关．
（6）由表格可知，速度不同时，效率是相同的，即机械效率的大小与物体运动速度无关．
故答案为：（1）匀速竖直向上；（2）0.4；72.7%；（3）使用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高；（4）增大；动滑轮重；（5）滑轮组的机械效率和拉力大小是否有关；②相同；有用功、总功都相同；若忽略绳重及摩擦，在动滑轮重和物重相同的情况下，滑轮组的机械效率与拉力大小无关；（6）机械效率的大小与物体运动速度无关．

点评 实验中，对滑轮组的分析、机械效率公式的运用是实验的基础，同时，实验中分别探究了机械效率高低与动滑轮个数、提升物体重力等多个量的关系，因此控制变量法的运用也十分关键．