Question

19．实验台上有组装好的实验装置，如图所示，其中弹簧测力计的量程为0-5N．另外还有质量均为100g的钩码若干（图中未画出）．小刚利用上述实验装置和钩码设计一个物理实验，探究用动滑轮提升重物时，有用功跟总功的关系 （实验时不计绳的质量和滑轮与轴的摩擦）．他的实验步骤：
（1）在动滑轮挂钩上挂2个钩码，用弹簧测力计竖直向上匀速拉绳子自由端移动一段距离．他把2个钩码的总质量用m表示，绳子自由端所受拉力用F表示，绳子自由端移动的距离用s表示，钩码上升的高度用h表示；并将测量数据记录在表格中．
（2）保持动滑轮所挂钩码个数不变，依次改变绳子自由端移动的距离s，仿照步骤（1）又做了5次实验，并把各次的测量数据记录在表格中．请根据以上叙述回答下列问题：
①小刚实验前的猜想是用动滑轮提升重物时，当机械效率一定时，有用功跟总功成正比；
②小刚在对猜想探究时，他需要控制的变量是机械效率；
③小刚是通过改变机械效率来改变自变量；
④请你帮助小刚设计出实验数据记录表格：

Answer 1

分析 ①根据实验中改变的量，来分析探究的问题，得出猜想的内容；
②要探究有用功与总功的关系，需保持滑轮组的机械效率不变；
③分析实验过程中实际操作得出改变的量；
④根据题目中给出的条件，分析表格中所需的内容，根据有用功、总功的概念分析所需的物理量．

解答 解：①由题意知，小刚想探究用动滑轮提升重物时，有用功跟总功的关系，根据机械效率的概念可知，机械效率相同，有用功与总功的比值不变，即有用功与总功成正比；
②要探究有用功与总功的关系，需保持滑轮组的机械效率不变；
③实验中，通过改变绳子自由端移动的距离s，来改变总功的；
④根据W_有用=Gh=mgh，W_总=Fs可得，表格中应包括物体质量m、上升高度h、绳子自由端移动距离s、拉力F、总功W_总及有用功W有用，并注意单位，表格如下所示：

m/kg
h/m
s/m
F/N
W 总/J
W有/J

故答案为：①用动滑轮提升重物时，当机械效率一定时，有用功跟总功成正比；②机械效率；③匀速拉绳子自由端移动的距离；④表格如上所示．

点评 本题考查了学生对功的计算公式、效率公式的掌握和运用，考查了对实验的原理的理解和掌握，同时考查了实验数据表格的设计，属于难题．