Question

8．某實(shí)驗(yàn)小組在“測(cè)滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)如下表所示，第1、2、3次實(shí)驗(yàn)裝置分別如圖27中的甲、乙、丙所示．

次數(shù)	鉤碼重G/N	鉤碼上升高度h/m	有用功W有用/J	測(cè)力計(jì)拉力F/N	測(cè)力計(jì)移動(dòng)距離S/m	總功 W總/J	機(jī)械效率η
1	2	0.1	0.2	0.9	0.3	0.27	74.1%
2	4	0.1	0.4	1.6	0.3	0.48	83.8%
3	4	0.1	0.4	1.1	0.5	0.55	72.7%

（1）在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)使其勻速豎直向上運(yùn)動(dòng)．
（2）第3次實(shí)驗(yàn)中所做的有用功是0.4J，機(jī)械效率是72.7%
（3）比較第1次實(shí)驗(yàn)和第2次實(shí)驗(yàn)，可得結(jié)論：使用同樣的滑輪組，提起的鉤碼越重，滑輪組的機(jī)械效率越高．
（4）第3次實(shí)驗(yàn)中動(dòng)滑輪個(gè)數(shù)比第2次實(shí)驗(yàn)多，動(dòng)滑輪自重增大，使動(dòng)滑輪所做的額外功增大（選填“增大”或“減小”），因而．由第2、3次實(shí)驗(yàn)可知：滑輪組的機(jī)械效率與動(dòng)滑輪重有關(guān)．

（5）小紅在以上實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上利用圖乙也做了實(shí)驗(yàn)，
①小紅的做法是為了控究滑輪組的機(jī)械效率和拉力大小是否有關(guān)
②當(dāng)這兩位同學(xué)使用各自的滑輪組提升相同的重物時(shí)，若忽略繩重及摩擦，它們的機(jī)械效率相同（選填“相同”或“不相同”），理由是：有用功、總功都相同．得到的結(jié)論是：若忽略繩重及摩擦，在動(dòng)滑輪重和物重相同的情況下，滑輪組的機(jī)械效率與拉力大小無關(guān)．
（3）小軍也用如圖甲所示的滑輪組進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

物理量 控制因素	物重 G/N	繩端拉力F/N	機(jī)械效率η/%
較小提升速度	10	4.2	79.4
中等提升速度	10	4.2	79.4
較大提升速度	10	4.2	79.4

在小軍的實(shí)驗(yàn)中，你得到的結(jié)論是：機(jī)械效率的大小與物體運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)．

Answer 1

分析 （1）應(yīng)豎直勻速拉動(dòng)測(cè)力計(jì)，這樣拉力大小不變，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)穩(wěn)定．
（2）根據(jù)s=nh確定繩子的股數(shù)，判斷是哪一個(gè)滑輪組；根據(jù)η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$計(jì)算第3次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率；
（3）比較實(shí)驗(yàn)1和3的條件和機(jī)械效率大小，可得出提升物體的重力大小對(duì)滑輪組機(jī)械效率的影響；
（4）實(shí)驗(yàn)中克服動(dòng)滑輪重力所做的功越多，則額外功就越大；根據(jù)第2、3次實(shí)驗(yàn)的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)分析機(jī)械效率的變化；滑輪組的機(jī)械效率跟提起的物重，動(dòng)滑輪的重、繩子的重、摩擦有關(guān)．
（5）滑輪組繩子自由端的拉力F=$\frac{1}{n}$G，由兩圖可以看出繩子的股數(shù)不同，所以其省力情況也就不同；計(jì)算滑輪組的機(jī)械效率時(shí)，若忽略繩重及摩擦，則額外功就是提升動(dòng)滑輪所做的功．
（6）根據(jù)表格中速度的變化與機(jī)械效率的大小分析．

解答 解：
（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該勻速豎直向上拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，以保證拉力大小恒定．
（2）實(shí)驗(yàn)3中，s=0.5m，h=0.1m，因?yàn)閚=$\frac{s}{h}$=$\frac{0.5m}{0.1m}$=5；故實(shí)驗(yàn)選用的是第三個(gè)圖；
有用功為：W_有=Gh=4N×0.1m=0.4J；總功為W_總=Fs=1.1N×0.5m=0.55J，
機(jī)械效率為：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{0.4J}{0.55J}$×100%=72.7%；
（3）比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1和2可知，兩次實(shí)驗(yàn)使用同一滑輪組，提升的物體越重，滑輪組的機(jī)械效率越高；
（4）實(shí)驗(yàn)中克服動(dòng)滑輪重力所做的功越多，則額外功就越大，所以動(dòng)滑輪自重增大，使動(dòng)滑輪所做的額外功變大；由實(shí)驗(yàn)2、3實(shí)驗(yàn)可知，有用功相同，總功增大，額外功增大，機(jī)械效率降低；所以滑輪組的機(jī)械效率跟動(dòng)滑輪的重有關(guān)．
（5）①小紅的做法改變了繩子的股數(shù)，因此其省力情況就隨著改變了，有三段繩子拉著動(dòng)滑輪時(shí)拉力F=$\frac{1}{3}$G，有兩段繩子拉著動(dòng)滑輪時(shí)拉力F=$\frac{1}{2}$G，動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)相同，物重相同，所以小紅的做法是為了探究：滑輪組的機(jī)械效率和拉力大小是否有關(guān)．
②當(dāng)這兩位同學(xué)使用各自的滑輪組提升相同的重物時(shí)，若忽略繩重及摩擦，他們做的有用功相同，額外功也一樣，因此總功相同，也就是機(jī)械效率相同；
因此得到的結(jié)論是：若忽略繩重及摩擦，在動(dòng)滑輪重和物重相同的情況下，滑輪組的機(jī)械效率與拉力大小無關(guān)．
（6）由表格可知，速度不同時(shí)，效率是相同的，即機(jī)械效率的大小與物體運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)．
故答案為：（1）勻速豎直向上；（2）0.4；72.7%；（3）使用同一滑輪組，提升的物體越重，滑輪組的機(jī)械效率越高；（4）增大；動(dòng)滑輪重；（5）滑輪組的機(jī)械效率和拉力大小是否有關(guān)；②相同；有用功、總功都相同；若忽略繩重及摩擦，在動(dòng)滑輪重和物重相同的情況下，滑輪組的機(jī)械效率與拉力大小無關(guān)；（6）機(jī)械效率的大小與物體運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)．

點(diǎn)評(píng) 實(shí)驗(yàn)中，對(duì)滑輪組的分析、機(jī)械效率公式的運(yùn)用是實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中分別探究了機(jī)械效率高低與動(dòng)滑輪個(gè)數(shù)、提升物體重力等多個(gè)量的關(guān)系，因此控制變量法的運(yùn)用也十分關(guān)鍵．