题目内容
17.•设计实验
实验目的:比较同一滑轮组在提升不同重物情况下的机械效率.
(1)实验原理:η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$.
(2)实验器材:滑轮组一套、轻重不同的两物块、刻度尺、弹簧测力计、铁架台、细线.
•进行实验并收集数据
(3)用如右下图所示的两套装置先后做实验,并将相关数据收集在下面的表格中,请将表格中的空格补充起来.
| 实验次数 | 物块重/N | 物块上升的高度h/m | 有用功W有/J | 拉力F/N | 测力计上升的距离S/m | 总功率W总/J | 机械效率η |
| 1 | 2 | 0.1 | 0.2 | 0.9 | 0.3 | 0.27 | 74.1% |
| 2 | 3 | 0.1 | 0.3 | 1.2 | 0.3 | 0.36 | 83.3% |
分析上表中的数据可以看出:
(4)同一滑轮组的机械效率不是恒定(填“是”或“不是”).
(5)滑轮组的机械效率小于l(填“大于”、等于”或“小于”).
•评估与拓展
(6)小明同学使用滑轮组提升重物时,测力计的示数一会儿大,一会儿小,弄得小明同学一时不知该何时读数,你认为他在测量中应该沿竖直向上匀速拉动弹簧测力计.
(7)提升相同重物时,增加动滑轮的个数,滑轮组的机械效率将变小(选填“变大”、“变小”或“不变”).
分析 (1)实验原理是机械效率计算公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$;
(2)根据实验需要测量物体升高的高度、绳子移动的距离和测量拉力以及物体的重力,故需要刻度尺、弹簧测力计;
(3)由图示先分析,物重由几股绳子承担,然后确定物体升高的高度;再利用W=Gh计算有用功;再利用机械效率公式计算机械效率;
(4)由实验数据,第一次测量的机械效率为74.1%和第二次实验机械效率为83.3%,分析即可;
(5)判定机械效率与1的关系,关键看是否做额外功;
(6)根据力的平衡条件进行分析;
(7)增加动滑轮的个数,相当于增加 了额外功,利用机械效率公式分析即可.
解答 解:(1)比较同一滑轮组在提升不同重物情况下的机械效率,原理是机械效率计算公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$;
(2)需要测量物体升高的高度、绳子移动的距离,故需要刻度尺;要测量拉力以及物体的重力,故需要弹簧测力计;
(3)由图示可分析得出,物重由三股绳子承担,所以测力计上升0.3m,则物体升高0.1m;
利用功的公式W=Gh可得,有用功:W=Gh=2N×0.1m=0.2J;
利用机械效率公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{0.2J}{0.27J}$×100%=74.1%;
表格如下:
| 次 数 | 物块重G/N | 物块上升 的高度h/m | 有用功 W有/J | 拉力 F/N | 测力计上升距离S/m | 总功 W总/J | 机械 效率η |
| 1 | 2 | 0.1 | 0.2 | 0.9 | 0.3 | 0.27 | 74.1% |
| 2 | 3 | 0.1 | 0.3 | 1.2 | 0.3 | 0.36 | 83.3% |
(5)因为有额外功,因此滑轮组的机械效率小于1;
(6)根据二力平衡的条件可知,只有沿直线竖直向上匀速拉动弹簧测力计,弹簧测力计的示数才等于拉力的大小;
(7)提升相同重物时,增加动滑轮的个数,则有用功不变,额外功增加,因此滑轮组的机械效率变小.
故答案为:(1)$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$;
(2)刻度尺;弹簧测力计;
(3)表格同上;(4)不是;(5)小于;(6)沿竖直向上匀速拉动弹簧测力计;(7)变小.
点评 本题考查了如何测定滑轮组的机械效率,并对实验结果进行评估,提高了学生的实验探究能力.
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