Question

7．小明同學在做“測定滑輪組機械效率”的實驗中．
（1）實驗中應豎直方向勻速拉動彈簧測力計，為了能準確測量繩子自由端的拉力F，應該在彈簧測力計緩慢勻速提升（填“緩慢勻速提升”或“靜止”）時讀數．
（2）小明同學實驗時，記錄的數據在表格中，請認真填寫所缺少的部分

物重G/N	物體提高的高度h/m	彈簧測力計讀數F/N	繩自由端拉動距離s/m	機械效率η
5	0.15	2	0.45

（3）根據表中數據，在圖1中畫出小明同學實驗時滑輪組的連接裝置圖．
（4）同學小麗觀察并分析了小明的實驗后，認為小明的實驗中，可少用一種測量工具，也能測出滑輪組的機械效率．
答：去掉刻度尺；此時滑輪組的機械效率的表達式為η=$\frac{G}{3F}$×100% （依據實驗裝置圖和所測物理量）．
（5）小華在小明實驗的基礎上多使用一個滑輪也做了實驗（滑輪的規格相同），如圖2所示．
①小華多使用一個滑輪，目的是為了改變力的方向．
②當小華和小明使用各自的滑輪提升相同的鉤碼時，若忽略繩重及摩擦，它們的機械效率相同（選填“相同”或“不相同”）．

Answer 1

分析 （1）實驗時應沿豎直方向勻速拉動測力計．在使用滑輪組時，滑輪組還要克服一些機械摩擦，所以要測量滑輪組的機械效率，需使物體上升進行讀數．
（2）根據功的計算公式求出有用功與總功，然后根據效率公式分析答題．
（3）根據鉤碼上升的高度與繩子自由端移動的距離判斷滑輪組承重繩子的有效股數，然后畫出滑輪組的繞法；
（4）由η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{Gh}{Fnh}$×100%=$\frac{G}{nF}$×100%判斷去掉的實驗器材和少測的實驗數據．
（5）①定滑輪不能省力，只能改為力的方向，據此判斷；
②計算滑輪組的機械效率時，若忽略繩重及摩擦，則額外功就是提升動滑輪所做的功，在有用功不變的情況下，即可判斷機械效率的情況．

解答 解：（1）由二力平衡的條件可知，只有豎直向上勻速拉動彈簧測力計時，彈簧測力計的示數才和繩子的拉力相等．
在緩慢提升物體時，還需克服機械摩擦做功，所以為了測量滑輪組提升物體時的機械效率，所以需在緩慢勻速提升時讀數；
（2）效率η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{5N×0.15m}{2×0.45m}$×100%≈83.3%；
（3）由表格中數據可知，繩端移動距離是物體上升高度的3倍，所以此滑輪組由3段繩子承擔物重．故繞線如圖：

（4））由于此滑輪組由3段繩子承擔物重，則η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{Gh}{F×3h}$=$\frac{G}{3F}$，所以，去掉的器材是刻度尺，少測哪兩個數據為物體提高的高度h和繩自由端拉動距離s．
（5）①由于定滑輪不能省力，只能改為力的方向，故增加一個定滑輪目的是為了改變施力方向；
②忽略繩重與摩擦，提升重物時，要克服動滑輪做額外功，由兩圖示滑輪組可知，兩滑輪組的動滑輪相同；所以當這兩位同學使用各自的滑輪組提升相同的重物時，克服動滑輪重力做的額外功相同，做的有用功相等，總功相等，則兩滑輪組的效率相同．
故答案為：（1）勻速；緩慢勻速提升；（2）83.3%；（3）如上圖；
（4）刻度尺；η=$\frac{G}{3F}$×100%；（5）力的方向；相同．

點評 此題是測量滑輪組的機械效率，其中考查了機械效率的計算及應用，同時還考查了影響滑輪組機械效率的因素．知道滑輪組的機械效率和物體重、動滑輪重有關，如果動滑輪重不變，物體越重，機械效率越高；如果物體重不變，動滑輪越重，機械效率越低．在此題中還要了解繩端移動距離與物體上升高度的關系．