Question

18．如图所示，是测量滑轮组机械效率的实验装置．
（1）用弹簧测力计竖直向上匀速拉动重为6N的钩码，由图示可知拉力大小为2.4N，该滑轮组的机械效率是83.3%（结果保留到0.1%），由于在拉动过程读数不方便，于是停下来读取拉力大小，这会使效率偏高．
（2）提高机械效率的主要办法是改进结构，使它更轻巧．若如图装置中动滑轮的重为G₁，用它提升一重物，滑轮组的机械效率为60%；改用一个轻质材料制作的重为G₂的动滑轮后，再提升同一重物，滑轮组的机械效率提高到了90%，则G₂与G₁之比为1：6（不计绳重及各处的摩擦），此时除了减轻动滑轮重力，提高滑轮组机械效率的方法还有增大物重．

Answer 1

分析 （1）测量过程中需竖直向上匀速拉动测力计；
根据图确定测力计的分度值，读出拉力F；
根据公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$计算滑轮组的机械效率，其中s=nh；
静止时，拉力克服物重及动滑轮重，拉动时，拉力除了克服物重和动滑轮重外，还需克服摩擦力．
（2）使用一个重力为G₁的动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组匀速提升一个重物G，设把重物G提起h，求出有用功和总功，根据机械效率公式求出动滑轮的重和物重的关系；同理求出用动滑轮G₂和一个定滑轮组成的滑轮组匀速提升重物G时，求出有用功和总功，根据机械效率公式求出动滑轮的重和物重的关系；得到的两个式子求比求出新动滑轮的重力是原来动滑轮的重力的倍数；
根据滑轮组的机械效率为：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{G}{G+{G}_{动}}$进行分析．

解答 解：
（1）实验过程中必须竖直向上匀速拉动弹簧测力计；
由图知，测力计的分度值为0.2N，示数为2.4N；
由图知，滑轮组由3段绳子承担物重，所以s=3h，则滑轮组的机械效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$═$\frac{Gh}{Fnh}$=$\frac{G}{nF}$=$\frac{6N}{3×2.4N}$×100%≈83.3%；
物体静止时弹簧测力计示数不必克服摩擦力，所以计算的额外功偏小，机械效率偏高；
（2）使用一个重力为G₁的动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组匀速提升一个重物G，设把重物G提起h，
此时滑轮组的机械效率为：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{（G+{G}_{1}）h}$=$\frac{G}{G+{G}_{1}}$，
所以，60%=$\frac{G}{G+{G}_{1}}$，
所以，G₁=$\frac{2}{3}$G；
同理使用一个重力为G₂的动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组匀速提升一个重物G，设把重物G提起h，
此时滑轮组的机械效率为：90%=$\frac{G}{G+{G}_{2}}$，
所以，G₂=$\frac{1}{9}$G；
所以$\frac{{G}_{2}}{{G}_{1}}$=$\frac{\frac{1}{9}G}{\frac{2}{3}G}$=$\frac{1}{6}$；
根据滑轮组的机械效率公式：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{G}{G+{G}_{动}}$可知，在G_动一定时，G越大，效率越高．
故答案为：（1）匀速；2.4；83.3%；高；（2）1：6；增大物重．

点评 本题是有关滑轮组的测量实验，主要考查了实验中应注意的问题、测力计的读数及机械效率的计算，对于机械效率的问题，已知机械效率或要求出机械效率，要根据机械效率的公式列出等式，进行求解．