Question

17．某小组同学在探究滑轮组的机械效率与哪些因素有关时，提出了一些猜想，小组将对猜想进行验证．
（1）如果影响机械效率的因素有多个，要研究机械效率与某个因素的关系，需要先控制其他几个因素不变，这种方法在科学探究中被称作控制变量法．
（2）下列A、B是同学提出的两个猜想：
猜想A：两个相同滑轮组成的滑轮组，其机械效率与滑轮组细线的绕法有关；
猜想B：两个相同滑轮组成的滑轮组，其机械效率与滑轮组提升的物重有关．
（3）为了验证上述猜想是否正确，同学们准备分别按图1、图2、图3和图4的滑轮组进行实验．

按图1和图3滑轮组准备做的两个实验是用来验证猜想A的，若实验测得两滑轮组的机械效率大小相等（相等/不相等），则可初步判断猜想A是错误的．
（4）接着，该小组同学准备利用图3（或图4）的装置进行测滑轮组机械效率的实验，小明同学认为应该竖直匀速向上拉动，小方同学认为保持静止即可实现二力平衡，你认为小明（小明/小方）的观点是正确的，因为轮与轴、绳与轮之间的存在摩擦力．
（5）两人讨论以后，选择了正确的操作方法，小明选择图3进行了操作，测得弹簧测力计读数为F₃=1.2N；小方选择了图4进行了操作，测得弹簧测力计读数为F₄=1.4N；已知每个钩码重为0.5N．则图3装置的机械效率为27.8%，图4装置的机械效率为35.7%．据此，可判断猜想B是正确（正确/错误）的．

Answer 1

分析 （1）物理学中对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题．每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法；
（3）要探究滑轮组的机械效率与滑轮组细线的绕法是否有关，需要保持除滑轮数目、规格相同外，还要提起相同的重物；
（4）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；
（5）根据公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$计算滑轮组的机械效率，其中s=nh；根据机械效率得出结论．

解答 解：
（1）影响机械效率的因素有多个，要研究机械效率与某个因素的关系，需要先控制其他几个因素不变，这种方法在科学探究中被称作控制变量法；
（3）要探究滑轮组的机械效率与滑轮组细线的绕法是否有关，需要保持除滑轮数目、规格相同，还要提起相同的物重，所以选择的是图1、3或图2、4；若实验测得两个滑轮组的机械效率大小相等，说明机械效率与绕线方法无关，可初步判断猜想A是错误的；
（4）在使用滑轮组时，滑轮组还要克服一些机械摩擦，所以为了正确测量滑轮组提升物体时的拉力，需在缓慢匀速提升时读数，小明同学正确；
（5）由图3和图4知，滑轮组由3段绳子承担物重，所以s=3h，
所以图3滑轮组的机械效率为：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{Gh}{Fnh}$=$\frac{G}{nF}$=$\frac{2×0.5N}{3×1.2N}$×100%≈27.8%；
图4滑轮组的机械效率为：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{Gh}{Fnh}$=$\frac{G}{nF}$=$\frac{3×0.5N}{3×1.4N}$×100%≈35.7%；
图3和图4是相同的滑轮组，提升的物体越重，机械效率越高，说明机械效率与物重有关，可初步判断猜想B是正确的．
故答案为：（1）控制变量法；（3）1；3；相等；（4）小明；轮与轴、绳与轮之间的存在摩擦力；（5）27.8%；35.7%；正确．

点评 探究影响滑轮组机械效率的因素，需要应用控制变量法；滑轮组的机械效率的高低与提起的物重、动滑轮的重、绳重、摩擦有关．与滑轮的绕法、升高的距离没有关系．