Question

11．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，还需刻度尺和钩码．
（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

钩码重/N	钩码提高的高度/m	弹簧测力计读数/N	绳自由端拉动距离/m	机械效率
5	0.15	2	0.45	83.3%

（3）实验中弹簧测力计应该做沿竖直方向匀速运动．
（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？少测哪两个数据？答：去掉刻度尺；少测两个数据是重物上升的距离h，绳自由端移动的距离s．
（5）某同学测量滑轮组的机械效率时，先用弹簧测力计测出物重G，组装好器材，拉动弹簧测力计使物体匀速上升，用刻度尺分别测出物体上升的高度h和绳端移动的距离s，在物体静止时读出拉力的大小F，最后，根据公式η$\frac{Gh}{Fs}$×100%算出滑轮组的机械效率．
1）以上操作过程存在一处错误，请写出正确的操作方法．在物体静止时读出拉力的大小F；改：匀速拉动时记下弹簧测力计的示数F．
2）为了提高滑轮组提升物体时的机械效率，请提出两条措施：①增加物体的重力，②减小动滑轮的重力．

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，滑轮，细绳．
（2）W_有用=Gh，而W_总=Fs，滑轮组的机械效率公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$；
（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）根据绳子的股数n，可以推出测力计移动的距离s与钩码上升的距离h的关系：s=nh，
滑轮组的机械效率公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{Gh}{Fnh}$=$\frac{G}{nF}$．
（5）在测绳端拉力时，需匀速拉动测力计同时读出测力计的示数；
滑轮组的机械效率是指有用功与总功之比，有用功越多、额外功越少，滑轮组的机械效率越高．

解答 解：
（1）在此实验中，提升的物体是钩码，同时需要用到测力计测量钩码的重力和绳端拉力；
（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）为准确测出拉力的大小，必须使弹簧测力计竖直向上匀速拉动物体；
（4）根据测力计移动的距离s和钩码上升的距离h的关系跟绳子股数n的关系式：s=nh，所以去掉刻度尺，少测量重物上升的距离h、绳自由端移动的距离s；根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{Gh}{Fnh}$=$\frac{G}{nF}$也可计算出机械效率；
（5）
1）我们所要测量的是在使用滑轮组时的机械效率，所以要测提升物体所用的拉力，应拉着物体匀速上升，同时读数．这样测得的才是物体被提升时的拉力；
2）①若增加物体的重力可以增大有用功，从而增加有用功在总功中所占的比值；
②减小动滑轮的重力，可以减少额外功，从而提高有用功在总功中的比值．
故答案为：（1）刻度尺；钩码；（2）83.3%；（3）沿竖直方向匀速；（4）刻度尺；重物上升的距离h；绳自由端移动的距离s；（5）1）在物体静止时读出拉力的大小F；改：匀速拉动时记下弹簧测力计的示数F；2）①增加物体的重力；②减小动滑轮的重力．

点评 此题是测量滑轮组的机械效率，考查了有用功、总功、机械效率的计算．知道有用功是克服物体的重力做的功，总功是克服弹簧测力计做的功，机械效率是有用功与总功之比．