Question

4．某同学在做“测定滑轮组机械效率”的实验中
（1）他所准备的实验器材有：滑轮，细绳，铁架台，直尺，钩码，还需弹簧测力计
（2）该同学实验时，记录的数据在表格中，请认真填写所缺少的部分

物重/N	物体提高的高度/m	弹簧测力计读数/N	绳自由端拉动距离/m	有用功/J	总功/J	机械效率
5	0.15	2	0.45

（3）实验中弹簧测力计应该做匀速直线运动．
（4）同学乙观察并分析了甲的实验后，认为甲的实验中，可少用一种器材，少测两个数据也能测出滑轮组的机械效率，通过和甲讨论并经过老师的认定，他的方案是可行的，请你分析一下，去掉的器材是什么？答：去掉直尺（或刻度尺）．实验中同学们又提出了下列假设．
假设1：滑轮组机械效率高低可能与动滑轮重有关
假设2：滑轮组机械效率高低可能与被提升的物重有关
假设3：滑轮组机械效率高低可能与物体提升高度有关
假设4：滑轮组机械效率高低可能与滑轮组绳子股数有关
一位同学设计了如图所示的四个滑轮组，并将实际数据填入下表．（不填写机械效率）
表一：

名称	定滑轮	动滑轮1	动滑轮2	钩码
图示
重力/N	1	1	2	2

表二：

力	F1	F2	F3	F4
大小/N	1	1.67	2	2.5
机械效率

（5）根据实验①、②（填①、②、③、④）可知，滑轮组机械效率高低与被提升物重有关．
（6）据实验②和④可知，滑轮组机械效率高低与承担物重的绳子段数无关．
（7）通过实验可以发现，不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，机械效率越低．
（8）要研究滑轮组机械效率高低是否与物体提升高度有关，应该选用同一滑轮组，提升同一重物到不同（选填“相同”或“不同”）的高度去研究．

Answer 1

分析 （1）在实验中，需要的器材有刻度尺，钩码，弹簧秤，铁架台，一个定滑轮和一个动滑轮组成的两种绕法不同的滑轮组，细绳．
（2）W_有用=Gh，而W_总=Fs，滑轮组的机械效率公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%；
（3）用弹簧测力计时，只有在匀速拉动时，拉力的大小才是不变的，弹簧测力计的示数是不变的，才能快速准确测出拉力的大小．
（4）由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{Gh}{Fnh}$×100%=$\frac{G}{nF}$×100%判断去掉的实验器材．

解答 解：（1）实验中还需测量物重G和拉力F，所以还要用到弹簧测力计；
（2）W_有用=Gh=5N×0.15m=0.75J，W_总=Fs=2N×0.45m=0.9J，η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{0.75J}{0.9J}$×100%=83.3%；
（3）为了正确测量拉力的大小，实验中弹簧测力计应该做匀速直线运动；
（4）由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{Gh}{Fnh}$×100%=$\frac{G}{nF}$×100%可知，机械效率与物体被提升的高度无关，所以去掉的器材是刻度尺；
（5）要判断滑轮组机械效率高低与被提升物重之间的关系，需要其他条件不变，只改变物重．
（6）②、④动滑轮重力和物体重力相等，承担物体的绳子段数不同．
（7）②③只有动滑轮的重力不同．②的机械效率是η₂=$\frac{{G}_{2}{h}_{2}}{{F}_{2}{s}_{2}}$×100%=$\frac{4N×h}{1.67N×3h}$×100%=79.8%；
③的机械效率为：η₃=$\frac{{G}_{3}{h}_{3}}{{F}_{3}{s}_{3}}$×100%=$\frac{4N×h}{2N×3h}$×100%≈66.7%，所以不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，机械效率越小．
（8）要研究滑轮组机械效率高低是否与物体提升高度有关，需要使其他条件相同，物体提升高度不同．
故答案为：（1）弹簧测力计；（2）0.75；0.9；83.3%；（3）匀速直线；（4）直尺（或刻度尺）；（5）①、②；（6）承担物重的绳子段数；（7）低；（8）不同．

点评 此题主要通过实验来研究影响滑轮组机械效率，考查了对实验原理的掌握，对机械效率的计算及对实验数据的分析，研究很细致．