Question

同学们在“测量滑轮组的机械效率”时，有两位同学的实验过程同学们有异议，请你帮助分析和解决．
（1）一位同学的实验操作步骤如下：
①用弹簧测力计测出物重G；
②组装好实验器材，如图甲所示，拉动弹簧测力计使物体匀速上升；
③用刻度尺分别测出物体上升的高度h和绳端移动的距离s；
④在物体处于静止状态时，读出弹簧测力计的示数F；
⑤根据公式算出滑轮组的机械效率．
同学们进行交流之后-致认为该同学的实验步骤存在不合理，请你指出该
操作步骤______（只写出该步骤的序号）；并说明不合理的原因及改进的方法：______

物重G/N	物体上升的高度h/m	测力计示数F/N	测力计移动的距离s/m
2	0.1	0.4	0.3

（2）另一位同学利用图甲所示滑轮组匀速提升重物，弹簧测力计的示数如图所示，他记录了如下数据：
①同学们对该同学的实验记录进行分析，发现他的实验结果是不符合物理规律的，其表现在：______．
②分析他的实验过程，会发现导致实验结果不符合物理规律的原因是______．
（3）解决争议后，他们用如图甲所示的滑轮组进行了三次实验，实验数据如下表：

实验 次数	物重 G/N	物体上升的高度h/cm	测力计的示数F/N	测力计移动的距离s/cm
1	6	3	2.5	9
2	6	5	2.5	17
3	6	8	2.5	24

分析表中数据，回答以下问题：
①表中有一个数据的记录是错误的，错误的数据是______；
②滑轮组的机械效率与______无关．
③图乙多使用一个滑轮，目的是为了改变______；
④当这两位同学使用各甲乙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______（选填“相同”或“不相同”），理由是：______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据影响滑轮组机械效率的因素进行解答，即有物重、动滑轮的重、绳重与摩擦；
（2）①计算一下有用功和总功的大小，根据计算结果回答；
②由图可知因看错了分度值，读错了拉力大小，读出实际拉力大小；
（3）①由实验1、3可判断出测力计移动的距离与物体上升的高度的关系即可判断2中错误的数据；
②根据η=×100%=×100%=×100%=×100%可知，滑轮组机械效率与物体移动距离之间的关系；
③滑轮组设计原则可归纳为：奇动偶定；一动配一定，偶数减一定，变向加一定；
④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．
解答：解：（1）在实验中影响滑轮组机械效率的因素不光有物重还有动滑轮的重、绳重与摩擦；
所以滑轮转动时，滑轮与轴之间以及绳与滑轮之间存在摩擦，与静止状态弹簧测力计的示数不同；
改进：物体匀速上升时读弹簧测力计的示数；
（2）①由表中数据知道：
W_有用=Gh=2N×0.1m=0.2J，
W_总=Fs=0.4N×0.3m=0.12J，
W_有用＞W_总，这严重的违背了物理规律W_有用＜W_总；
②由图可知弹簧测力计的示数读错，应该是0.8N．
（3）①由实验1、3可判断出测力计移动的距离与物体上升的高度的3倍，因此错误的数据为17；
②根据η=×100%=×100%=×100%=×100%可知，滑轮组机械效率与物体的移动距离无关；
③图乙多使用一个滑轮，目的是为了改变力的方向；
④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，也就是机械效率不变．
故答案为：
（1）④；原因：滑轮转动时，滑轮与轴之间以及绳与滑轮之间存在摩擦，与静止状态弹簧测力计的示数不同；改进：物体匀速上升时读弹簧测力计的示数；
（2）①数据中的有用功是O.2J，大于总功O.12J，或（有用功大于总功）（机械效率大于1）；
②测力计的示数读错了，应改为O.8N；
（3）①17；
②物体上升的高度； 
③力的方向；
④相同；额外功和有用功都相同．
点评：滑轮组的机械效率和物体重、动滑轮重有关，如果动滑轮重不变，物体越重，机械效率越高；如果物体重不变，动滑轮越重，机械效率越低．
要是考虑绳重和摩擦力的话，绳重和动滑轮重都属于机械本身重力，摩擦力越大也会使吊起同样重的物体时使用的拉力越大，使机械效率降低，总的说，滑轮组的机械效率与物体重力、摩擦力、机械本身重力有关．要提高机械效率，应尽量减小摩擦和机械本身重力的同时，最大限度的增加被吊物体重力．