Question

12．在“探究滑轮组机械效率”的实验中，小珠和小涵采用A、B两种绕线方式不同的滑轮组进行实验，请你和她们一起分析和评估．
（1）下表是实验中的几组数据，请在空白处填上相应的计算结果．

实验 次数	滑轮组	物块重 G/N	物块上升的高度 h/m	有用功 W有/J	拉力 F/N	弹簧测力计移动的距离S/m	总功 W总/J	机械 效率
1	A	0.50	0.2	0.1	0.2	0.4	0.08	125%
2	A	2	0.2	0.4	1	0.4	0.4	100%
3	B	0.50	0.2	0.10	0.3	0.6
4	B	2	0.2	0.4	0.8	0.6	0.48	83.3%
5	B	3	0.2	0.6	1.1	0.6	0.66	90.9%

（2）分析表格中数据可知第一组和第二组实验得到的机械效率一定是错误的．小涵通过观察图乙找到了原因：如图乙手持弹簧测力计在竖直方向时，指针的位置不同．所以用滑轮组A进行实验时，弹簧测力计的示数比细绳实际的拉力要小，因此测得的机械效率比实际效率要高．为了测出原来A种绕线方式的机械效率，小涵想在桌面上固定一个定滑轮然后就可以向上拉绳子了，请你对这种方法做评价：因为新装的定滑轮轴处有摩擦，所以不能测出原来滑轮组的机械效率．
（3）小珠对第3、4、5组数据的计算提出了一个问题，如果测出动滑轮的重力，然后用公式η=$\frac{{G}_{动}h}{（{G}_{物}+{G}_{动}）h}$计算机械效率是不是也可以？你认为用小珠的计算方法比用公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{{G}_{物}h}{FS}$计算出的结果偏大（选填“偏大”、“偏小”或“相等”）．实验中如果所用动滑轮的重为0.2N，绳重可以忽略，则第6次实验中克服摩擦做的额外功大小是0.02J．

Answer 1

分析 （1）根据W_总=Fs即可求出总功；根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$即可求出第三次实验中滑轮组的机械效率；
（2）要知道在使用滑轮组时，总要克服额外功，所以有用功总小于总功，所以机械效率总小于1；
因为新装的定滑轮轴处有摩擦，所以不能测出原来滑轮组的机械效率；
（3）由η=$\frac{{G}_{物}h}{（{G}_{动}+{G}_{物}）h}$可知，只考虑动滑轮的重，没有考虑绳重和摩擦；由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{{G}_{物}h}{FS}$可知，同时考虑到动滑轮重、绳重、摩擦，有用功不变，后者总功增大，所以后者机械效率偏小．
先根据W_动=G_动h求出克服动滑轮做的功，然后根据W_总=W_有+W_动+W_摩擦即可求出克服摩擦做的额外功．

解答 解：（1）W_总3=Fs=0.3N×0.6m=0.18J；
η₃=$\frac{{W}_{3有}}{{W}_{3总}}$×100%=$\frac{0.10J}{0.18J}$×100%=55.6%；
（2）实际中，由于有用功总小于总功，所以机械效率总小于1．
而在第1、2次实验中，由表格中数据由两段绳子承担物重，所以拉力向下，由于测力计外壳本身有重力，所以此时所测拉力偏小，计算出的总功也会偏小，从而造成机械效率偏大甚至大于100%．
因为新装的定滑轮轴处有摩擦，所以不能测出原来滑轮组的机械效率；
（3）由η=$\frac{{G}_{物}h}{（{G}_{动}+{G}_{物}）h}$可知，总功等于提升动滑轮和重物做的功，条件：不考虑绳重和摩擦；
由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{{G}_{物}h}{FS}$可知，同时考虑到动滑轮重、绳重、摩擦；
两个公式中，提起物体时有用功相同，根据η=$\frac{{G}_{物}h}{（{G}_{动}+{G}_{物}）h}$计算时总功偏小，机械效率偏大．
克服动滑轮做的功：W_动=G_动h=0.2N×0.2m=0.04J；
由W_总=W_有+W_动+W_摩擦可得，克服摩擦做的功：W_摩擦=0.66J-0.6J-0.04J=0.02J．
故答案为：（1）0.18；55.6%  （2）小；因为新装的定滑轮轴处有摩擦，所以不能测出原来滑轮组的机械效率；（3）偏大；0.02

点评 此题是测量滑轮组的机械效率．考查了有关总功、机械效率的计算，滑轮组的机械效率跟提起物体的重力、绳重、摩擦、动滑轮重有关，跟物体升高的距离、提起的速度没有关系，计算时要注意条件；滑轮组一定时，增大提升物体的重，有用功在总功中比值增大，机械效率升高．