Question

4．在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，某实验小组用同样的滑轮安装了如图甲、乙所示的滑轮组．实验测得的数据如表所示．

次数	物体的重力G/N	提升高度h/m	拉力F/N	绳端移动的距离s/m	机械效率η
1	2	0.1	1	0.3	66.7%
2	3	0.1	1.4	0.3	71.4%
3	4	0.1	1.8	0.3	74.1%
4	2	0.1	1.5	0.2

（1）把表格内的第4次实验数据补充完整 （结果精确到0.1%）．这次数据是用乙图中 （填“甲”或“乙”）所示的滑轮组测得的．
（2）分析比较第1、2、3次实验数据可以判定，增加物重可使滑轮组的机械效率变大．（选填“变大”、“变小”或“不变”）．在第1次实验中，拉力F所做的额外功为0.1 J．
（3）某同学认为，使用相同的滑轮所组成的滑轮组提升同一个重物时，越省力的滑轮组其机械效率越大，他的想法正确吗？请你利用补充完整后的表格中的数据说明你的判断：不正确；第1次比第4次省力，但两次的机械效率却相同．
【拓展】若不计摩擦和绳重，用第一次实验的装置以0.1m/s的速度匀速提起5N的物体，拉力的功率是0.6W．

Answer 1

分析 （1）根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$求出第4次实验的机械效率；然后根据s=nh求出提升物体绳子的条数，从而确定滑轮组的装置；
（2）比较第1、2、3次实验数据，钩码升高的距离相同，绳子自由端移动的距离相同，说明使用的是同一装置，所做的额外功相同，提起的重物不同，机械效率不同据此得出结论；
先根据W_有=Gh和W_总=Fs求出有用功和总功，然后根据W_总=W_有+W_额即可求出拉力所做的额外功；
（3）比较1、4次实验数据进行分析，并得出相应的结论；
【拓展】不计摩擦和绳重，根据第1次的数据求出动滑轮的重力，然后求出匀速提起5N的物体时，绳子自由端的拉力，由物体上升速度，根据v_F=nv_物计算出绳子自由端的速度，由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv计算拉力的功率

解答 解：
（1）第4次实验的机械效率：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{2N×0.1m}{1.5N×0.2m}$×100%≈66.7%；
由s=nh可得，n=$\frac{s}{h}$=$\frac{0.2m}{0.1m}$=2，而图乙中提升物体绳子条数为2，故选择装置乙；
（2）比较第1、2、3次实验数据可知，对于同一滑轮组，物重越大，滑轮组的机械效率越高，因此增大物体的重力可以提高滑轮组的机械效率；
根据第1次实验数据可知，W_有=Gh=2N×0.1m=0.2J；
W_总=Fs=1N×0.3m=0.3J；
由W_总=W_有+W_额可得，W_额=W_总-W_有=0.3J-0.2J=0.1J；
（3）不正确；比较第1、4次实验数据可知，第1次比第4次省力，但两次的机械效率却相同；
【拓展】不计摩擦和绳重，第1次实验中，绳子的段数n=3，根据F=$\frac{{G}_{物}+{G}_{动}}{n}$可知，动滑轮的重力为G_动=nF-G_物=3×1N-2N；
当匀速提起5N的物体时，绳子自由端的拉力为F=$\frac{{G}_{物}+{G}_{动}}{n}$=$\frac{5N+1N}{3}$=2N；
拉力的速度v_F=nv_物=3×0.1m/s=0.3m/s，
拉力F的功率为P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv_F=2N×0.3m/s=0.6W；
故答案为：（1）66.7%；乙；（2）变大； 0.1；（3）不正确；第1次比第4次省力，但两次的机械效率却相同；【拓展】0.6．

点评 本题考查了探究影响滑轮组机械效率因素的实验，要知道物体越重，做的有用功越多，机械效率越高；动滑轮越多，所做的额外功越多，滑轮组的机械效率越低．