Question

小丽同学用如图所示的滑轮组做“测定滑轮组的机械效率”的实验，已知每个钩码质量为50g，（1）在图中画出滑轮组绳子的绕法，要求施力方向竖直向上．
（2）将钩码匀速竖直向上提升20cm，弹簧测力计的示数为0.8N，则此过程对钩码所做的有用功为______J，动力所做的总功为______J，滑轮组的机械效率为______
（不计绳重和摩擦，g取10N/kg）．
（3）若减少两个钩码，则滑轮组的机械效率将______（选填“增大”、“减小”或“不变”）

Answer 1

【答案】分析：（1）滑轮组绳子的绕法，在实验中，有两种：一是绳子先系在定滑轮的固定挂钩上，然后再绕过下面的动滑轮--上面的定滑轮这样反复；二是绳子先系在动滑轮的固定挂钩上，然后再绕过上面的动滑轮--下面的定滑轮这样反复．但在具体题目中，要根据题目的要求来决定绕法．本题中是要求施力方向竖直向上，也就是说最后绳子必须从动滑轮绕出来，从而再往回画．
（2）利用滑轮组做功时，对钩码所做的功为有用功，计算公式为W=Gh．动力（手的拉力）做的功为总功，计算公式为W=FS．而根据拉重物的绳子有几段，S就是h的几倍．
（3）机械效率是有用功占总功的比率，而总功是由有用功（对重物做的功）和额外功（机械损耗带来的）组成．所以改变机械效率的大小有两种方法：一、在机械不变的情况下（额外功不变），有用功越多，机械效率就越大；二、在有用功不变的情况下（对重物做的功不变），额外功越少（减轻动滑轮的重，加润滑油等），机械效率就越大．
解答：解：（1）画图时由弹簧测力计开始下笔，由于要求施力方向竖直向上，
所以是从弹簧测力计下笔，然后先到动滑轮，再逐一绕过，具体图形在下面解答中．

（2）有用功是对重物做的功，题目图中所拉钩码有4个，
总质量就是4×50g=0.2kg，向上拉升了20cm=0.2m，
所以W_有用=Gh=mgh=0.2×10×0.2=0.4J；
总功是拉力所做的功，拉力为弹簧测力计示数0.8N；
由于此滑轮组有3段绳子在拉钩码，所以拉力移动的距离S=3h=3×0.2=0.6m；
则拉力做的总功W_总=FS=0.8×0.6=0.48J．所以机械效率η==≈83.3%．

（3）减少了两个钩码，则在额外功不变的情况下，有用功就减少了，所以机械效率就减小了．
故答案为：
（1）如图；
（2）0.4、0.48、83.3%；
（3）减小．
点评：本题考查的三个考点都比较基础，适合于已经掌握相当知识点的同学用来巩固所学．
本题包含了三个考点：
（1）滑轮组的设计组装，这类考点又有两类题目，一类就是本题，还有一类是要求有n段绳子在拉重物，此时，如n为奇数，则绳子是系在动滑轮的固定挂钩上开始绕；如n为偶数，则绳子是系在定滑轮的固定挂钩上开始绕．
（2）求滑轮组的机械效率，要抓住拉力做的是总功，重物被提升做的是有用功，绳子有几段，拉力移动距离就是重物移动距离的几倍．
（3）机械效率的改变要抓住是有用功变了，还是额外功变了，然后再根据机械效率的物理意义来判断．