Question

14．物理兴趣小组在测量滑轮组机械效率实验中，利用如图所示的滑轮组进行了4次测量，测得数据如下表所示．

次数	钩码所受的重力G/N	钩码提升高度h/m	拉力F/N	绳端移动距离s/m	机械效率η
1	1	0.1	0.7	0.3	47.6%
2	1	0.2	0.7	0.6	47.6%
3	2	0.1	1.1	0.3	60.6%
4	4	0.1	2.0	0.3

（1）实验中应竖直向上匀速拉动弹簧测力计．
（2）第4次实验测得的机械效率为66.7%．
（3）比较1、2两次实验，小组同学发现：同一滑轮组的机械效率与重物被提升高度无关；比较第3、4次实验数据可知，同一滑轮组，提起的物体重力越大，机械效率越高．第4次拉力做的额外功与第3次相比增大（选填“增大”、“减小”或“不变”），由此可见机械效率提高的原因是有用功增加比额外功增加多得多，从而使有用功占总功的比值变大．
（4）小芳对上述四个机械效率取平均值，并认为它是这个滑轮组准确的机械效率．这种做法对吗？不对，请说出理由：因为滑轮组的机械效率不是一个定值，求平均值无意义．

Answer 1

分析 （1）应竖直匀速拉动测力计，这样拉力大小不变，弹簧测力计的示数稳定；
（2）根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$计算机械效率；
（3）探究滑轮组的机械效率与重物被提升高度关系时，应控制其他因素不变，只改变物体被提高高度；
由第3、4实验数据，找到不变量和改变的量，分析机械效率的影响因素；
根据W_额=W_总-W_有=Fs-Gh计算3、4两次实验的额外功的大小比较，从而分析提高机械效率办法；
（4）在实验中，使用的滑轮组相同，但提升的重物不同，使机械效率不同；因此滑轮组的机械效率不是一个固定值，多次测量取平均，无意义．

解答 解：
（1）实验中应该竖直向上匀速拉动弹簧测力计，以保证拉力大小恒定，便于读数；
（2）由表格第4次实验数据，机械效率为：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{4N×0.1m}{2.0N×0.3m}$×100%≈66.7%；
（3）探究滑轮组的机械效率与重物被提升高度关系时，应控制其他因素不变，只改变物体被提高高度，由表格数据可知，应比较1、2两次实验；
比较第3、4次实验数据可知，同一滑轮组提起的物体越重，滑轮组的机械效率越高；
根据W_额=W_总-W_有=Fs-Gh，
W_额3=F₃s-G₃h=1.1N×0.3m-2N×0.1m=0.13J，
W_额4=F₄s-G₄h=2.0N×0.3m-4N×0.1m=0.2J，
所以第4次拉力做的额外功与第3次相比增大了0.07J；
W_有3=G₃h=2N×0.1m=0.2J，
W_有4=G₄h=4N×0.1m=0.4J，
有用功增大了0.2J．
由此可知，有用功增加比额外功增加多得多，从而使有用功占总功的比值变大，即机械效率增大；
（4）使用同样的滑轮组，做的额外功相同；提起的钩码越重，做的有用功越多，有用功占总功的比值越大，机械效率越大，由此可知：滑轮组的机械效率与钩码重有关；所以小华这种做法不对，因为滑轮组的机械效率不是一个定值，求平均值无意义．
故答案为：（1）匀速；（2）66.7；（3）1、2；提起的物体重力；增大；有用功增加比额外功增加多得多，从而使有用功占总功的比值变大；
（4）不对；因为滑轮组的机械效率不是一个定值，求平均值无意义．

点评 在此实验中，对滑轮组的分析、机械效率公式的运用是实验的基础，同时，实验中分别探究了机械效率高低与动滑轮个数、提升物体重力等多个量的关系，因此控制变量法的运用也十分关键．