Question

11．如图为测量滑轮组机械效率的实验装置，钩码总重6N．
（1）所准备的实验器材有：滑轮、细绳、铁架台、钩码、弹簧测力计和刻度尺．
（2）实验时要沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，由图可知拉力大小为2.4 N，若钩码上升的高度为10cm，则有用功是0.6J，该滑轮组的机械效率为83.3%．
（3）若仅减少钩码的个数，该滑轮组的机械效率将减小．（选填“增大”、“减小”或“不变”）

Answer 1

分析 （1）根据η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$来确定所需的测量仪器；
（2）①只有在匀速拉动时，拉力的大小才是不变的，弹簧测力计的示数是不变的，才能快速准确测出拉力的大小．
②弹簧测力计的读数：明确每一个大格和每一个小格代表的示数．
③有用功等于钩码重力和钩码上升高度的乘积，即W_有用=Gh，注意钩码上升高度的单位要换算成米；总功等于拉力和绳端移动距离的乘积，即W_总=FS，由图可知，用来承重动滑轮的绳子段数为3段，所以绳子移动的距离为物体上升高度的3倍，即S=3h；机械效率等于有用功和总功的比值，即η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%．
（2）机械效率表示有用功占总功的百分比．用滑轮组提起重物时，对重物做的功为有用功，克服动滑轮重力和绳子重力及摩擦做的功是额外功．总功是有用功和额外功的总和，所以有用功和额外功的大小都会影响机械效率的大小．减少钩码的个数，即减小了有用功．

解答 解：（1）由机械效率的概念可知，η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$，所以实验中要测量G、F及s、h，因此要用到弹簧测力计和刻度尺；
（2）在实验操作中应竖直向上匀速拉动弹簧测力计．这样弹簧测力计处于平衡状态，弹簧测力计的示数才反映了拉力的大小．
每一个大格代表1N，每一个小格代表0.2N，弹簧测力计的示数为2.4N．
W_有=Gh=6N×0.1m=0.6J
重物有3段绳子承担，
s=3h=3×0.1m=0.3m
W_总=Fs=2.4N×0.3m=0.72J
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{0.6J}{0.72J}$×100%≈83.3%．
（3）整个滑轮组保持不变，即额外功不变．因为对重物做的功为有用功，减少钩码的个数，即减小了有用功，机械效率就会减小．
故答案为：
（1）弹簧测力计； 刻度尺；
（2）竖直；匀速；2.4；0.6；83.3%；
（3）减小．

点评 （1）滑轮组做的有用功是提升物体重力做的功，额外功是克服动滑轮重力和绳子重力及摩擦做的功，总功是拉力做的功，机械效率等于有用功和总功的比值．
（2）滑轮组的机械效率与提升物体的物重有关，同一滑轮组，提升物体重力越大，机械效率越大．