Question

4．在“探究滑轮组机械效率”的试验中，某实验小组采用图1中A、B两种绕线方式不同的滑轮组进行实验，发现了一些实际问题．

（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	0.10	0.20	0.4	0.08	125%
2	A	1.90	0.2	0.38	0.95	0.4	0.38	100%
3	B	0.50	0.2	0.10	0.25	0.6
4	B	1.90	0.2	0.38	0.75	0.6	0.45	84.4%

（2）实际中机械效率＜（选填“＞”“＜”或“=”）而表格中1、2两次实验的机械效率分别为100%和125%．这是什么原因？通过观察图2和图3，手持弹簧测力计在竖直方向时，发现指针的位置不同，图2中指针在零刻线的下方．
（3）经过分析，找到了机械效率为100%和125%的原因是：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，要测量值计算出总功比细绳实际拉力做的功要小，因此测得的机械效率比实际效率要高．
（4）实验总结：在测量滑轮组机械效率的试验中，考虑弹簧测力计对读数的影响，测拉力时，弹簧测力计一般要竖直向上匀速移动；若弹簧测力计倒置时测拉力，要先将指针调至零刻线处．
（5）若用同一滑轮组提升更重的物体，机械效率将变大（填“变大”、“变小”、“不变”或“无法确定”）

Answer 1

分析 （1）要解决此题，需要掌握总功、有用功、机械效率的概念．知道W_总=Fs、η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$．
（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．
由于弹簧测力计的弹簧测力计本身具有重力，所以如果物体的重力太小的话，造成的误差就会很大．
（3）在分析机械效率大的原因时，关键是从测力计的示数着手，拉力的误差会造成总功的误差．所以如果拉力偏小，则总功偏小，机械效率便会偏大．
（4）要知道竖直向上拉动测力计可以减少测力计本身对拉力的影响；
（5）分析表格中数据可知，用同一个滑轮组提升物体时，物重越大，效率越高．

解答 解：（1）总功：W_总3=F₃s₃=0.25N×0.6m=0.15J；
机械效率：η₃=$\frac{{W}_{有3}}{{W}_{总3}}$×100%=$\frac{0.1J}{0.15J}$×100%=66.7%
（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%．
（3）因为弹簧测力计本身具有重力，所以当拉力方向竖直向下时，弹簧测力计的重力与测力计示数之和为绳端的实际拉力．所以所测的拉力比实际的拉力要小．
因此计算的总功偏小，根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$可知，在有用功不变的情况下，总功偏小，所以测量的机械效率偏高．
（4）由于测力计本身重力的影响，所以向下拉力测力计误差会很大，所以测力计一般要竖直向上拉动．
（5）使用同一滑轮组时，做的额外功不变，增加钩码的重，增大了有用功，因此机械效率会变大．
故答案为：（1）0.15；66.7%；（2）＜；（3）小；小；（4）向上匀速；（5）变大．

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．同时考查了机械效率小于1的原因及实验过程中弹簧测力计对实验结果的影响．要注意测力计对总功的影响．