Question

6．某同学在做“测定滑轮组机械效率”的实验中
（1）他所准备的实验器材有：滑轮，细绳，铁架台，直尺，钩码，还需弹簧测力计．
（2）该同学实验时，记录的数据在表格中，请认真填写所缺少的部分

物重/N	物体提高的高度/m	弹簧测力计读数/N	绳自由端拉动距离/m	有用功/J	总功/J	机械效率
50	0.15	20	0.45

（3）实验中弹簧测力计应该做匀速直线运动．
（4）同学乙观察并分析了甲的实验后，认为甲的实验中，可少用一种器材，少测两个数据也能测出滑轮组的机械效率，通过和甲讨论并经过老师的认定，他的方案是可行的，请你分析一下，去掉的器材是什么？少测哪两个数据？
答：去掉直尺；少测两个数据是h，s．
实验中同学们又提出了下列假设．
假设1：滑轮组机械效率高低可能与动滑轮重有关
假设2：滑轮组机械效率高低可能与被提升的物重有关
假设3：滑轮组机械效率高低可能与物体提升高度有关
假设4：滑轮组机械效率高低可能与滑轮组绳子股数有关
一位同学设计了如图所示的四个滑轮组，并将实际数据填入下表．（不填写机械效率）
表一：

名称	定滑轮	动滑轮1	动滑轮2	钩码
图示
重力/N	1	1	2	2

表二：

力	F1	F2	F3	F4
大小/N	1	1.67	2	2.5
机械效率

（5）根据实验①、②（填①、②、③、④）可知，滑轮组机械效率高低与被提升物重有关．
（6）据实验②和④可知，滑轮组机械效率高低与绳子股数无关．
（7）通过实验可以发现，不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，机械效率越小．
（8）要研究滑轮组机械效率高低是否与物体提升高度有关，应该选用同一（选填“同一”或“不同”）滑轮组，提升同一重物到不同（选填“相同”或“不同”）的高度去研究．

Answer 1

分析 （1）在测量滑轮组的机械效率，需要测量有用功和总功，在此实验中，有用功是克服钩码的重力做的功，所以还需要钩码，同时还需要测量绳端拉力，所以还需要用到弹簧测力计；
（2）利用W=Gh求出有用功；利用W=Fs求出总功，根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%求出机械效率；
（3）为了正确测量拉力，需要使测力计在竖直方向做匀速运动；
（4）由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{Gh}{Fnh}$×100%=$\frac{G}{nF}$×100%判断去掉的实验器材和少测的实验数据；
（5）在测量滑轮组的机械效率时，需要测量物体的重力、物体上升的高度、拉力、绳端移动的距离，根据机械效率的概念计算．滑轮组由几段绳子承担物重，绳端移动距离就是物体上升高度的几倍，所以测量滑轮组的机械效率时，可以不测h和s．

解答 解：（1）在此实验中，提升的物体是钩码，同时需要用到测力计测量钩码的重力和绳端拉力；
（2）由表中数据分析可知：W有=Gh=50N×0.15m=7.5J，
总功为：W_总=Fs=20N×0.45m=9J，
机械效率为：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{7.5J}{9J}$×100%≈83%；
（3）要正确测量绳端拉力，需要沿竖直向上匀速拉动测力计；
（4）由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{Gh}{Fnh}$×100%=$\frac{G}{nF}$×100%可知，去掉的器材是刻度尺，少测哪两个数据为物体提高的高度h和绳自由端拉动距离s；
（5）要判断滑轮组机械效率高低与被提升物重之间的关系，需要其他条件不变，只改变物重．
（6）②、④动滑轮重力和物体重力相等，承担物体的绳子段数不同．
（7）②③只有动滑轮的重力不同．②的机械效率是η₂=$\frac{{G}_{2}{h}_{2}}{{F}_{2}{s}_{2}}$×100%；
③的机械效率为：η₃=$\frac{{G}_{3}{h}_{3}}{{F}_{3}{s}_{3}}$×100%，所以不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，机械效率越小．
（8）要研究滑轮组机械效率高低是否与物体提升高度有关，需要使其他条件相同，物体提升高度不同．
故答案为：（1）弹簧测力计；
（2）7.5，9，83%；
（3）匀速直线；
（4）直尺，h，s；
（5）①、②；
（6）绳子股数；
（7）小；
（8）同一，不同．

点评 此题主要通过实验来研究影响滑轮组机械效率，研究很细致．