Question

17．某实验小组用如图所示的滑轮组测定它的机械效率，得到的数据如表所示．

物理量 实验次数	钩码重 G/N	钩码上升高度h/cm	绳端拉力 F/N	绳端移动距离s/cm	机械效率 η/%
1	4	10	1.8	30	74.1
2	4	20	1.8	60	74.1
3	4	30	1.8	90	74.1
4	6	10	2.4	30	①
5	8	10	②	30	92.0

（1）根据实验数据画出该滑轮组的绕线方式．
（2）完成表格的填空：①83.3%；②2.9．
（3）通过第1、2、3次实验的数据分析可得出结论：滑轮组的机械效率与物体提升的高度无关．
（4）通过第1、4、5次实验的数据分析可得出结论：同一滑轮组，提升物体的重力越大，机械效率就越高．
（5）若使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的质量越大，滑轮组的机械效率越低（选填“越高”、“不变”或“越低”）．

Answer 1

分析 （1）根据第1次物体上升的高度和绳子自由端移动的距离来判断绳子的段数n，根据“动奇定偶”可知从动滑轮的挂钩开始绕线．
（2）根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$计算第4次实验的机械效率和第5次实验绳子自由端拉力的大小；
（3）根据第1、2、3次实验的数据找到相同量和不同量分析得出结论；
（4）根据第1、4、5次实验的数据找到相同量和不同量分析得出结论；
（5）使用不同的滑轮组提升相同的重物时，有用功相同，动滑轮个数多，克服动滑轮重做额外功越多，由此分析对滑轮组机械效率的影响．

解答 解：
（1）由第1次实验数据，n=$\frac{s}{h}$=$\frac{0.30m}{0.10m}$=3，从动滑轮的挂钩开始依次绕线，如下图所示：
；
（2）①由表格第4次实验数据，机械效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{{G}_{4}h}{{F}_{4}s}$×100%=$\frac{6N×0.10m}{2.4N×0.30m}$×100%≈83.3%；
②由第5次实验数据，η=$\frac{{G}_{5}h}{{F}_{5}s}$，
即：92.0%=$\frac{8N×0.10m}{{F}_{5}×0.30m}$，解得：F₅≈2.9N； 
（3）由表中1、2、3次实验数据可知，重物重力相同而重物被提升的高度不同，滑轮组的机械效率相同，由此可知：滑轮组的机械效率与物体提升的高度无关；
（4）由表中1、4、5次实验数据可知，同一滑轮组，提起的物体越重，机械效率越高；
（5）若使用不同的滑轮组提升相同的重物时，即做有用功相同，动滑轮的质量越大，克服动滑轮做额外功越多，总功越大，根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$可知滑轮组的机械效率越低．
故答案为：（1）见上图；（2）①83.3%；②2.9；（3）滑轮组的机械效率与物体提升的高度无关；（4）同一滑轮组，提升物体的重力越大，机械效率就越高；（5）越低．

点评 在此实验中，对滑轮组的分析、机械效率公式的运用是实验的基础，实验中分别探究了机械效率高低与动滑轮个数、提升物体重力等多个量的关系，因此，控制变量法的运用也十分关键；
在绕线时，绕法取决于绳子的段数，当绳子的段数为奇数时，从动滑轮的挂钩开始绕线；当段数为偶数时，从定滑轮的挂钩开始绕线，简称“奇动偶定”．