Question

15．某同学做“测定滑轮组机械效率”的实验时，实验桌上有下列器材：A．铁架台  B．钩码  C．天平  D．定滑轮和动滑轮各若干 E．长约2米的绳子  F．秒表
（1）以上器材中属于多余的是C、F；（填字母）所缺少的两件主要器材是测力计；和刻度尺．
（2）实验操作时，必须竖直匀速拉动弹簧测力计，使钩码上升．
（3）实验测出弹簧测力计示数为0.5N，钩码重2N，钩码上升的高度为0.1m，动力移动的距离是0.5m，则该同学们选用了图中的甲滑轮组．（选填“甲”或“乙”）
（4）该滑轮组的机械效率η=80%．画出该滑轮组的组装情况．
（5）若甲、乙滑轮组中每个滑轮的规格相同，吊起相同的物体，则较省力的是甲装置，机械效率较高的是乙装置（甲/乙）

Answer 1

分析 （1）机械效率等于有用功和总功的比值，根据W_有=Gh，W_总=Fs分析多余的器材和缺少的器材；
（2）弹簧测力计要竖直方向匀速直线拉动弹簧测力计，拉力大小不变，弹簧测力计示数稳定，容易读数；
（3）根据偶定奇动的原则绕出滑轮组的绕法，然后根据n=$\frac{s}{h}$求出提升物体绳子的段数，比较即可选出正确的装置；
（4）根据实验数据，应用效率公式求出滑轮组的效率．
（5）提升物体绳子的段数越多越省力；用不同的滑轮组提升相同的重物时，做的有用功是相同的，如果动滑轮越重，做的额外功就越多，则机械效率就越小．

解答 解：
（1）因为机械效率为有用功和总功的比值，而W_有=Gh，W_总=Fs，故我们要测滑轮组的机械效率就需要测出物重G、自由端的拉力F、物体升高的高度h、自由端通过的距离s，由上可知我们需要弹簧测力计和刻度尺，当然还有滑轮和组装滑轮用的铁架台、线，还要有物体、钩码；因此C天平和F秒表是多余的器材，缺少弹簧测力计和刻度尺；
（2）探究滑轮组机械效率时，要竖直匀速拉动弹簧测力计，拉力不变，弹簧测力计示数温度，方便读数；
（3）因为h=0.1m，s=0.5m，所以滑轮组绳子的段数为n=$\frac{s}{h}$=$\frac{0.5m}{0.1m}$=5；根据偶定奇动的原则可知，滑轮组的绕法如下：

显然选择甲装置；
（4）滑轮组效率η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{2N×0.1m}{0.5N×0.5m}$×100%=80%；
（5）根据（4）小题中滑轮组的绕法可知，甲提升物体最多的绳子段数为5，乙提升物体最多的绳子段数为3，故甲装置省力；
对比甲、乙两图可以发现，它们提升相同的物体，即所做有用功相同，但甲滑轮组中的动滑轮有两个，乙中只有一个，则甲滑轮组做的额外功多，所以甲的机械效率小于乙．
故答案为：（1）C、F；测力计；刻度尺；（2）竖直匀速；（3）甲；（4）80%；（5）甲；乙．

点评 本题通过测定滑轮组机械效率的实验考查实验器材的选择、公式的应用，滑轮组的绕法、机械效率的影响因素等；注意提起同一物体时，动滑轮越重，滑轮组机械效率越低．