Question

4．小明在“测滑轮组机械效率”的实验中，用如图1所示的滑轮组进了三次实验，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

（1）分析表中数据，回答以下问题：表中有一个数据的记录是错误的，错误的数据是17．滑轮组的机械效率与物体被提升的高度无关．
（2）小红在小明实验的基础上多使用一个滑轮也做了实验，如图2所示．
小红多使用一个滑轮，目的是为了改变用力方向；当这两位同学使用各自的滑轮组把相同的重物提升相同高度时，若忽略绳重及摩擦，它们所用滑轮组的机械效率相同（选填“相同”或“不相同”）．
（3）小强则用图3所示的装置匀速提升钩码，并做了如下实验记录

钩码重G（N）	钩码上升高度h（m）	测力计拉力F（N）	测力计移动距离s（m）
2	0.1	0.4	0.3

如果你对该同学的实验记录进行有关分析，就会发现他的实验结果是违背物理规律的，其表现在于：机械效率超过100%．图4是测力计的放大图．结合图你会发现导致实验结果违背物理规律的原因．其原因是测力计拉力读数错误（或看错测力计分度值）．
纠正错误后，可计算该滑轮组的机械效率为83.3%．

Answer 1

分析 （1）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；
②根据公式根据公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$可求出机械效率；
③根据公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{nG}{F}$可知机械效率与物体上升的高度无关；
（2）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；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．
（3）①机械效率是有用功占总功的比值，是永远小于1的；
②仔细观察图中弹簧测力计的分度值，便可找出答案；
③根据公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$可计算出机械效率的大小．

解答 解：（1）①动滑轮被3根绳子承担，拉力移动的距离就是物体和动滑轮移动距离的3倍，因此第2组中17cm应为15cm；
②第3次实验中滑轮组的机械效率：η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{6N×8cm}{2.5N×24cm}$×100%=80%；
③第1次实验中滑轮组的机械效率：η₁=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{{G}_{1}{h}_{1}}{{F}_{1}{s}_{1}}$×100%=$\frac{6N×3cm}{2.5N×9cm}$×100%=80%；与第3次实验数据相同，因此机械效率与物体上升的高度无关；
（2）①定滑轮的作用是改变用力的方向；
②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．
（3）由表格中数据可知，滑轮组的机械效率η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{2N×0.1m}{0.4N×0.3m}$×100%≈167%；
实验1中机械效率为167%，这显然是违背物理规律的，正确情况下机械效率应该是小于1的；
②图甲中弹簧测力计的分度值为0.2N，其示数为0.8N；
③η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{2N×0.1m}{0.8N×0.3m}$×100%≈83.3%．
故答案为：（1）17；物体被提升的高度；（2）用力方向；相同；（3）机械效率超过100%；测力计拉力读数错误（或看错测力计分度值）；83.3%．

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．