Question

18．在“测滑轮组的机械效率”的实验中；
（1）需要的测量工具有弹簧测力计和刻度尺．
（2）需要测量的物理量为物体的重力G、物体升高的高度h、拉力的大小F和拉力移动的距离s．
（3）计算滑轮组的机械效率的公式为；η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$
（4）小明和小白测得的实验数据为，物体重力为1500N，绳端拉力为400N，滑轮组机械效率为75%．请你把他们的滑轮组装配图画在下面的虚方框内．
（5）小华在测量绳端拉力F的大小时，让重物不动读出了弹簧测力计的示数，这样他测得机械效率将偏大（填“偏大”或“偏小”）．

Answer 1

分析 （1）（2）利用机械效率公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$分析探究机械效率实验所需要测量的物理量和需要的测量工具；
（3）测量出物体升高的高度h、拉力移动的距离s、拉力的大小F、物体的重力G，计算出有用功W_有=Gh，总功W_总=Fs，利用效率公式求滑轮组的机械效率；
（4）根据公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{G}{nF}$求出滑轮组绳子的段数，然后给滑轮组绕绳子；
（5）弹簧测力计静止时，读数变小，根据公式W=Fs可知，总功会变小，在有用功不变的情况下，机械效率就会变大．

解答 解：
（1）根据公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$可知，实验中需要测量力和距离，所以需要的测量工具有弹簧测力计和刻度尺；
（2）根据公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$可知，需要测量的物理量是：物重G、拉力F、物体升高的高度h和拉力移动的距离s；
（3）若物体升高的高度h、拉力移动的距离s、拉力的大小F、物体的重力G；
则有用功W_有=Gh，总功W_总=Fs，滑轮组的机械效率η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$；
（4）根据公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{G}{nF}$可知，
滑轮组绳子的段数为：n=$\frac{G}{ηF}$=$\frac{1500N}{75%×400N}$=5，所以绳子的起点在动滑轮上，如图所示：

（5）用滑轮组拉动物体上升时，当弹簧测力计静止时，绳轮之间的摩擦力为零，故额外功减小，总功减小，根据公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$可知，钩码重、钩码上升的距离、物体升高的距离都不变，总功减小，机械效率会变大．
故答案为：（1）弹簧测力计，刻度尺； （2）物体的重力G；物体升高的高度h；拉力的大小F；拉力移动的距离s；（3）η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$；（4）见上图；（5）偏大．

点评 本题考查了实验探究滑轮组的机械效率，要求学生掌握依据公式（原理）确定实验器材、实验所要测量的物理量、滑轮组的组装及滑轮组的机械效率的计算．