Question

19．在用滑轮组提升重物的实验中，若要“测该滑轮组机械效率”：
（1）实验中，在测量绳端所受的拉力时，弹簧测力计应匀速上升（填“保持静止”或“匀速上升”）．

钩码重（N）	拉力F （N）	钩码移动距离（m）	绳末端移动距离（m）	有用功（J）	总功（J）	机械效率
0.96	0.32	0.10	0.40

（2）实验中测得数据为上表，请完成表格中空格内容．
（3）上述实验数据是用右图中乙装置测的（填“甲”或“乙”），并画出其绕绳的情况．
（4）该实验中，若在原装置基础上，想改变拉力的方向，可以采取的方法是只连接一个动滑轮的方法；不考虑绳重及摩擦，改装后的机械效率将不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）在测量绳端所受的拉力时，弹簧测力计应匀速上升；
（2）根据表中数据，由W_有=G_物h求有用功；根据W=Fs求总功，根据η=$\frac{{W}_{有}}{W}$求机械效率；
（3）根据绳子自由端移动的距离与物体升高的高度的关系s=nh，确定绳子的有效段数，根据“偶定奇动”绕绳；
（4）若在原装置基础上，想改变拉力的方向，可以采取的方法是绳子的一端先从动滑轮连接；
不考虑绳重及摩擦，额外功的来源是克服动滑轮自重做的，W_额外=G_动h，总功为W=G_动h+G_物h，
根据η=$\frac{{W}_{有}}{W}$分析讨论．

解答 解：（1）实验中，在测量绳端所受的拉力时，弹簧测力计应匀速上升，此时作用在绳子自由端的拉力大小才等于测力计的示数；
（2）由表中数据可知，有用功：W_有=G_物h=0.96N×0.1m=0.096J，
做的总功：W=Fs=0.32N×0.4m=0.128J，
滑轮组的机械效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{W}$=$\frac{0.096J}{0.128J}$×100%=75%；
如下表所示：

钩码重（N）	拉力F （N）	钩码移动距离（m）	绳末端移动距离（m）	有用功（J）	总功（J）	机械效率
0.96	0.32	0.10	0.40	0.096	0.128	75%

（3）根据绳子自由端移动的距离与物体升高的高度的关系s=nh可知，绳子的有效段数：
n=$\frac{s}{h}=\frac{0.4m}{0.1m}$=4；
用甲装置有效段数最多为3，故上述实验数据是用右图中乙装置测的，根据“偶定奇动”原则可知，绳子一端先从定滑轮的下面挂钩绕起，其绕绳的情况如下左图所示：

（4）该实验中，若在原装置基础上，想改变拉力的方向，在原来的连接基础上，可采用只连接一个动滑轮的方法，如上右图所示；
不考虑绳重及摩擦，额外功是克服动滑轮自重做的功：W_额外=G_动h，
有用功：W_有=G_物h，
总功：W_总=G_动h+G_物h，
改装后的机械效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{{G}_{物}h}{{G}_{动}h{+G}_{物}h}$=$\frac{{G}_{物}}{{G}_{动}{+G}_{物}}$，因物体的重和动滑轮的重没有改变，故改装后的机械效率将不变．
故答案为：（1）匀速上升；（2）如上表所示；（3）乙；如上左图所示；（4）只连接一个动滑轮的方法，如上右图所示；不变．

点评 本题测该滑轮组机械效率，考查有用功、额外功的及机械效率的计算和滑轮组的连接、影响机械效率的因素．