Question

19．用图示装置探究“定滑轮和动滑轮的机械效率与所提升的物重有什么关系”，分别得到三组实验数据如下表所示．
（1）实验时，弹簧测力应沿竖直方向匀速拉动．
（2）定滑轮提升物体时，所提升物体重力增加，机械效率基本不变（不变）；
（3）动滑轮提升物体时，所提升物体重力增加，机械效率随着物重增加而增加；分析主要原因（不计摩擦）：由机械效率公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Gh+{G}_{动}h}$可知，提升动滑轮所做的功基本不变，提升物体越重，有用功在总功中所占比例增大，机械效率越高．
定滑轮：

实验序号	钩码重力G/N	钩码移动距离s/cm	弹簧测力计示数F/N
①	1	10	1.1
②	2	10	2.2
③	3	10	3.3

动滑轮：

实验序号	钩码重力G/N	钩码移动距离s/cm	弹簧测力计示数F/N
①	1	10	0.7
②	2	10	1.2
③	3	10	1.7

Answer 1

分析 （1）为了准确测量拉力，实验中应沿竖直方向匀速拉动测力计；
（2）利用定滑轮提升物体时，忽略摩擦力，拉力大小等于物体重力，物重增大、拉力增大；
（3）根据机械效率的概念：η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{有用}+{W}_{动}}$进行分析．

解答 解：（1）实验时，为了准确测量拉力大小，弹簧测力应沿竖直方向匀速运动；
（2）由数据知，η₁=$\frac{{G}_{1}{h}_{1}}{{F}_{1}{s}_{1}}$×100%=$\frac{1N×0.1m}{1.1N×0.1m}$×100%=90.9%
η₂=$\frac{{G}_{2}{h}_{2}}{{F}_{2}{s}_{2}}$×100%=$\frac{2N×0.1m}{2.2N×0.1m}$×100%=90.9%；
η₃=$\frac{{G}_{3}{h}_{3}}{{F}_{3}{s}_{3}}$×100%=$\frac{3N×0.1m}{3.3N×0.1m}$×100%=90.9%；
定滑轮提升物体时，拉力几乎等于物重，物重增加多少，拉力几乎增加多少，绳端移动距离与物体上升高度相同，所以所提升物体重力增加，机械效率基本不变；
（3）对于动滑轮：s=2h
η₁=$\frac{{G}_{1}{h}_{1}}{{F}_{1}{s}_{1}}$×100%=$\frac{1N×0.1m}{0.7N×0.2m}$×100%=71.4%
η₂=$\frac{{G}_{2}{h}_{2}}{{F}_{2}{s}_{2}}$×100%=$\frac{2N×0.1m}{1.2N×0.2m}$×100%=83.3%
η₃=$\frac{{G}_{3}{h}_{3}}{{F}_{3}{s}_{3}}$×100%=$\frac{3N×0.1m}{1.7N×0.2m}$×100%=88.2%
使用动滑轮时，根据机械效率公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Gh+{G}_{动}h}$，物体重力增大时，所做的有用功增大，额外功几乎不变，所以有用功在总功中所占比例增大，机械效率升高．
故答案为：（1）匀速；（2）基本不变（不变）；（3）随着物重增加而增加；
原因：由机械效率公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Gh+{G}_{动}h}$可知，提升动滑轮所做的功基本不变，提升物体越重，有用功在总功中所占比例增大，机械效率越高．

点评 本题主要通过分析比较定滑轮和动滑轮机械效率的影响因素，考查了机械效率的计算和对效率概念的理解．