Question

4．小明在“測滑輪組機械效率”的實驗中，用如圖1所示的滑輪組進了三次實驗，實驗數(shù)據(jù)如下表：

實驗次數(shù)	物重G/N	物體上升的高度h/cm	測力計的示數(shù)F/N	測力計移動的距離s/cm
1	6	3	2.5	9
2	6	5	2.5	17
3	6	8	2 5	24

（1）分析表中數(shù)據(jù)，回答以下問題：表中有一個數(shù)據(jù)的記錄是錯誤的，錯誤的數(shù)據(jù)是17．滑輪組的機械效率與物體被提升的高度無關．
（2）小紅在小明實驗的基礎上多使用一個滑輪也做了實驗，如圖2所示．
小紅多使用一個滑輪，目的是為了改變用力方向；當這兩位同學使用各自的滑輪組把相同的重物提升相同高度時，若忽略繩重及摩擦，它們所用滑輪組的機械效率相同（選填“相同”或“不相同”）．
（3）小強則用圖3所示的裝置勻速提升鉤碼，并做了如下實驗記錄

鉤碼重G（N）	鉤碼上升高度h（m）	測力計拉力F（N）	測力計移動距離s（m）
2	0.1	0.4	0.3

如果你對該同學的實驗記錄進行有關分析，就會發(fā)現(xiàn)他的實驗結果是違背物理規(guī)律的，其表現(xiàn)在于：機械效率超過100%．圖4是測力計的放大圖．結合圖你會發(fā)現(xiàn)導致實驗結果違背物理規(guī)律的原因．其原因是測力計拉力讀數(shù)錯誤（或看錯測力計分度值）．
糾正錯誤后，可計算該滑輪組的機械效率為83.3%．

Answer 1

分析 （1）①由實驗1、3可判斷出測力計移動的距離與物體上升的高度的關系；
②根據(jù)公式根據(jù)公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$可求出機械效率；
③根據(jù)公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{nG}{F}$可知機械效率與物體上升的高度無關；
（2）滑輪組設計原則可歸納為：奇動偶定；一動配一定，偶數(shù)減一定，變向加一定；計算滑輪組的機械效率時，若忽略繩重及摩擦，則額外功就是提升動滑輪所做的功．
（3）①機械效率是有用功占總功的比值，是永遠小于1的；
②仔細觀察圖中彈簧測力計的分度值，便可找出答案；
③根據(jù)公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$可計算出機械效率的大�。�

解答 解：（1）①動滑輪被3根繩子承擔，拉力移動的距離就是物體和動滑輪移動距離的3倍，因此第2組中17cm應為15cm；
②第3次實驗中滑輪組的機械效率：η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{6N×8cm}{2.5N×24cm}$×100%=80%；
③第1次實驗中滑輪組的機械效率：η₁=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{{G}_{1}{h}_{1}}{{F}_{1}{s}_{1}}$×100%=$\frac{6N×3cm}{2.5N×9cm}$×100%=80%；與第3次實驗數(shù)據(jù)相同，因此機械效率與物體上升的高度無關；
（2）①定滑輪的作用是改變用力的方向；
②這兩位同學使用各自的滑輪組提升相同的重物時，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，也就是機械效率不變．
（3）由表格中數(shù)據(jù)可知，滑輪組的機械效率η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{2N×0.1m}{0.4N×0.3m}$×100%≈167%；
實驗1中機械效率為167%，這顯然是違背物理規(guī)律的，正確情況下機械效率應該是小于1的；
②圖甲中彈簧測力計的分度值為0.2N，其示數(shù)為0.8N；
③η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{2N×0.1m}{0.8N×0.3m}$×100%≈83.3%．
故答案為：（1）17；物體被提升的高度；（2）用力方向；相同；（3）機械效率超過100%；測力計拉力讀數(shù)錯誤（或看錯測力計分度值）；83.3%．

點評 滑輪組的機械效率和物體重、動滑輪重有關，如果動滑輪重不變，物體越重，機械效率越高；如果物體重不變，動滑輪越重，機械效率越低．
要是考慮繩重和摩擦力的話，繩重和動滑輪重都屬于機械本身重力，摩擦力越大也會使吊起同樣重的物體時使用的拉力越大，使機械效率降低，總的說，滑輪組的機械效率與物體重力、摩擦力、機械本身重力有關．要提高機械效率，應盡量減小摩擦和機械本身重力的同時，最大限度的增加被吊物體重力．