Question

7．小明同学在做“测定滑轮组机械效率”的实验中．
（1）实验中应竖直方向匀速拉动弹簧测力计，为了能准确测量绳子自由端的拉力F，应该在弹簧测力计缓慢匀速提升（填“缓慢匀速提升”或“静止”）时读数．
（2）小明同学实验时，记录的数据在表格中，请认真填写所缺少的部分

物重G/N	物体提高的高度h/m	弹簧测力计读数F/N	绳自由端拉动距离s/m	机械效率η
5	0.15	2	0.45

（3）根据表中数据，在图1中画出小明同学实验时滑轮组的连接装置图．
（4）同学小丽观察并分析了小明的实验后，认为小明的实验中，可少用一种测量工具，也能测出滑轮组的机械效率．
答：去掉刻度尺；此时滑轮组的机械效率的表达式为η=$\frac{G}{3F}$×100% （依据实验装置图和所测物理量）．
（5）小华在小明实验的基础上多使用一个滑轮也做了实验（滑轮的规格相同），如图2所示．
①小华多使用一个滑轮，目的是为了改变力的方向．
②当小华和小明使用各自的滑轮提升相同的钩码时，若忽略绳重及摩擦，它们的机械效率相同（选填“相同”或“不相同”）．

Answer 1

分析 （1）实验时应沿竖直方向匀速拉动测力计．在使用滑轮组时，滑轮组还要克服一些机械摩擦，所以要测量滑轮组的机械效率，需使物体上升进行读数．
（2）根据功的计算公式求出有用功与总功，然后根据效率公式分析答题．
（3）根据钩码上升的高度与绳子自由端移动的距离判断滑轮组承重绳子的有效股数，然后画出滑轮组的绕法；
（4）由η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{Gh}{Fnh}$×100%=$\frac{G}{nF}$×100%判断去掉的实验器材和少测的实验数据．
（5）①定滑轮不能省力，只能改为力的方向，据此判断；
②计算滑轮组的机械效率时，若忽略绳重及摩擦，则额外功就是提升动滑轮所做的功，在有用功不变的情况下，即可判断机械效率的情况．

解答 解：（1）由二力平衡的条件可知，只有竖直向上匀速拉动弹簧测力计时，弹簧测力计的示数才和绳子的拉力相等．
在缓慢提升物体时，还需克服机械摩擦做功，所以为了测量滑轮组提升物体时的机械效率，所以需在缓慢匀速提升时读数；
（2）效率η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{5N×0.15m}{2×0.45m}$×100%≈83.3%；
（3）由表格中数据可知，绳端移动距离是物体上升高度的3倍，所以此滑轮组由3段绳子承担物重．故绕线如图：

（4））由于此滑轮组由3段绳子承担物重，则η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{Gh}{F×3h}$=$\frac{G}{3F}$，所以，去掉的器材是刻度尺，少测哪两个数据为物体提高的高度h和绳自由端拉动距离s．
（5）①由于定滑轮不能省力，只能改为力的方向，故增加一个定滑轮目的是为了改变施力方向；
②忽略绳重与摩擦，提升重物时，要克服动滑轮做额外功，由两图示滑轮组可知，两滑轮组的动滑轮相同；所以当这两位同学使用各自的滑轮组提升相同的重物时，克服动滑轮重力做的额外功相同，做的有用功相等，总功相等，则两滑轮组的效率相同．
故答案为：（1）匀速；缓慢匀速提升；（2）83.3%；（3）如上图；
（4）刻度尺；η=$\frac{G}{3F}$×100%；（5）力的方向；相同．

点评 此题是测量滑轮组的机械效率，其中考查了机械效率的计算及应用，同时还考查了影响滑轮组机械效率的因素．知道滑轮组的机械效率和物体重、动滑轮重有关，如果动滑轮重不变，物体越重，机械效率越高；如果物体重不变，动滑轮越重，机械效率越低．在此题中还要了解绳端移动距离与物体上升高度的关系．