Question

6．在“探究滑轮组机械效率”的实验中：
（1）小明实验小组采用A、B两种绕线方式不同的滑轮组进行实验，发现了一些实际问题．
a．下表是实验中的几组数据，请在空白处填上相应的计算结果．

实验 次数	滑 轮 组	物块重 G/N	物块上升 的高度 h/m	有用功 W有/J	拉力 F/N	弹簧测力 计移动的 距离s/m	总功 W总/J	机械 效率
1	A	0.50	0.2	0.10	0.20	0.4	0.08	125%
2	A	1.90	0.2	0.38	0.95	0.4	0.38	100%
3	B	0.50	0.2	0.10	0.25	0.6
4	B	1.90	0.2	0.38	0.75	0.6	0.45	84.4%

b．实际中机械效率＜ 1（选填“＞”、“=”或“＜”），而表格中1、2两次实验的机械效率分别为100%和125%．这是什么原因？通过观察如图1，手持弹簧测力计在竖直方向时，发现指针的位置不同，中图中指针在零刻线的下方．经过分析，找到了机械效率为100%和125%的原因是：用滑轮组A进行实验时，弹簧测力计的示数比细绳实际的拉力要小 （选填“大”或“小”，下同），用测量值计算出的总功比细绳实际拉力做的功要小，因此测得的机械效率比实际效率要高．
c．实验总结：在测量滑轮组机械效率的实验中，考虑弹簧测力计对读数的影响，测拉力时，弹簧测力计一般要竖直向上 移动；若弹簧测力计倒置时测拉力，要先将指针调至零刻线处．
（2）小强小组利用两组滑轮组也进行了4次测量，用一个动滑轮和一个定滑轮测得前3组数据，用两个动滑轮和两个定滑轮测得笫4组数据，如下表：

实验 次数	物重 G物/N	动滑轮重 G动/N	钩码上升的 高度h/m	动力 F/N	动力作用点移动的距离s/m	滑轮组的机 械效率η/%
1	1	0.5	0.1	0.7	0.3	47.6
2	2	0.5	0.1	1.1	0.3	60.6
3	4	0.5	0.1	2	0.3	66.7
4	4	1	0.1		0.5

a根据表中前3次实验数据，画出图2甲图中滑轮组的绕绳方法．
b．在实验中，测量绳端拉力F时，应尽量竖直匀速向上拉动弹簧测力计，读出图2乙图中弹簧测力计的示数为1.6N，第4次实验时滑轮组的机械效率为50%．
c．由表中第1、2、3组数据可知，同一滑轮组的机械效率与物重有关．
d．由表中第3、4组数据可知，同一滑轮组的机械效率与摩擦和动滑轮重有关，请计算出第3组实验中克服摩擦所做的额外功0.15 J．

Answer 1

分析 （1）a、要解决此题，需要掌握总功、有用功、机械效率的概念．知道W_有用=Gh、W_总=Fs、η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$；
b、要知道在使用滑轮组时，总要克服额外功，所以有用功总小于总功，所以机械效率总小于1；
由于弹簧测力计的弹簧测力计本身具有重力，所以如果物体的重力太小的话，造成的误差就会很大；
在分析机械效率大的原因时，关键是从测力计的示数着手，拉力的误差会造成总功的误差；所以如果拉力偏小，则总功偏小，机械效率便会偏大；
c、要知道竖直向上拉动测力计可以减少测力计本身对拉力的影响；
（2）a、根据h与s的关系（s=nh）结合表格中数据判断承担物重的绳子段数，然后绕线；
b、为准确地测出拉力，需竖直向上匀速拉动测力计；进行读数时，注意测力计的分度值；
根据公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$计算机械效率；
c、根据结论：同一滑轮组的机械效率与物重有关，找出实验数据即可；
d、由表中第3、4组数据可知，物重相同，动滑轮重力不同，先根据W=Gh求出有用功和克服动滑轮做的功，然后根据W=Fs求出总功，则克服绳重及摩擦做的那部分额外功等于总功减去有用功和克服动滑轮做的功．

解答 解：
（1）a、第3次实验时，总功：W_总3=F₃s₃=0.25N×0.6m=0.15J；
机械效率：η₃=$\frac{{W}_{有3}}{{W}_{总3}}$=$\frac{0.1J}{0.15J}$×100%=66.7%；
b、在实际中，由于额外功总是存在的，则有用功小于总功，所以机械效率总小于1；
分析表格中1、2两次实验可知，n=2，即由两段绳子承担物重，所以拉力向下；由于弹簧测力计本身受重力作用，结合图1的第3幅图可知，测量时测力计的示数偏小，所测的拉力比实际的拉力要小；
因此计算的总功偏小，根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$可知，在有用功不变的情况下，总功偏小，所以测量的机械效率偏高；
c、由于测力计本身重力的影响，向下拉动测力计时误差会很大，所以测力计一般要竖直向上拉动．
（2）a、由前3次实验数据可知，s=3h，所以滑轮组由3段绳子承担物重，因此绳子应从动滑轮绕起，如下图所示：

b、实验中应沿竖直向上匀速拉动弹簧测力计，这样才能准确测出拉力的值；
由图知，测力计的分度值为0.2N，所以其示数为1.6N；
第4次实验时滑轮组的机械效率为：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{4N×0.1m}{1.6N×0.5m}$×100%=50%；
c、由表中第 1、2、3组数据可知，用同一滑轮组提升不同的重物至同一高度，随着提升物重的增加，滑轮组的机械效率将变大，由此可知：同一滑轮组的机械效率与物重有关；
d、由表中第3、4组数据可知，物重相同，动滑轮重力不同，机械效率不同，由此可得：滑轮组的机械效率与摩擦和动滑轮重有关；
根据表中第3组数据可知，有用功：W_有=Gh=4N×0.1m=0.4J；
克服动滑轮重做的额外功：W_动=G_动h=0.5N×0.1m=0.05J；
总功：W_总=Fs=2N×0.3m=0.6J；
则克服绳重及摩擦做的那部分额外功：W_额′=W_总-W_有-W_动=0.6J-0.4J-0.05J=0.15J．
故答案为：（1）a、0.15；66.7%； b、＜；小；小； c、上；
（2）a、见上图； b、竖直匀速；1.6；50%； c、1、2、3； d、动滑轮重； 0.15．

点评 此题是“探究滑轮组的机械效率”实验，考查了滑轮组机械效率的计算，根据数据分析影响滑轮组效率的因素，同时考查了有关滑轮组的组装及测力计的读数问题，要细心分析每一个问题．