Question

6．在“探究滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中：
（1）小明實(shí)驗(yàn)小組采用A、B兩種繞線(xiàn)方式不同的滑輪組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了一些實(shí)際問(wèn)題．
a．下表是實(shí)驗(yàn)中的幾組數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)诳瞻滋幪钌舷鄳?yīng)的計(jì)算結(jié)果．

實(shí)驗(yàn) 次數(shù)	滑 輪 組	物塊重 G/N	物塊上升 的高度 h/m	有用功 W有/J	拉力 F/N	彈簧測(cè)力 計(jì)移動(dòng)的 距離s/m	總功 W總/J	機(jī)械 效率
1	A	0.50	0.2	0.10	0.20	0.4	0.08	125%
2	A	1.90	0.2	0.38	0.95	0.4	0.38	100%
3	B	0.50	0.2	0.10	0.25	0.6
4	B	1.90	0.2	0.38	0.75	0.6	0.45	84.4%

b．實(shí)際中機(jī)械效率＜ 1（選填“＞”、“=”或“＜”），而表格中1、2兩次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率分別為100%和125%．這是什么原因？通過(guò)觀(guān)察如圖1，手持彈簧測(cè)力計(jì)在豎直方向時(shí)，發(fā)現(xiàn)指針的位置不同，中圖中指針在零刻線(xiàn)的下方．經(jīng)過(guò)分析，找到了機(jī)械效率為100%和125%的原因是：用滑輪組A進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)比細(xì)繩實(shí)際的拉力要小 （選填“大”或“小”，下同），用測(cè)量值計(jì)算出的總功比細(xì)繩實(shí)際拉力做的功要小，因此測(cè)得的機(jī)械效率比實(shí)際效率要高．
c．實(shí)驗(yàn)總結(jié)：在測(cè)量滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)中，考慮彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)讀數(shù)的影響，測(cè)拉力時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)一般要豎直向上 移動(dòng)；若彈簧測(cè)力計(jì)倒置時(shí)測(cè)拉力，要先將指針調(diào)至零刻線(xiàn)處．
（2）小強(qiáng)小組利用兩組滑輪組也進(jìn)行了4次測(cè)量，用一個(gè)動(dòng)滑輪和一個(gè)定滑輪測(cè)得前3組數(shù)據(jù)，用兩個(gè)動(dòng)滑輪和兩個(gè)定滑輪測(cè)得笫4組數(shù)據(jù)，如下表：

實(shí)驗(yàn) 次數(shù)	物重 G物/N	動(dòng)滑輪重 G動(dòng)/N	鉤碼上升的 高度h/m	動(dòng)力 F/N	動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離s/m	滑輪組的機(jī) 械效率η/%
1	1	0.5	0.1	0.7	0.3	47.6
2	2	0.5	0.1	1.1	0.3	60.6
3	4	0.5	0.1	2	0.3	66.7
4	4	1	0.1		0.5

a根據(jù)表中前3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)出圖2甲圖中滑輪組的繞繩方法．
b．在實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量繩端拉力F時(shí)，應(yīng)盡量豎直勻速向上拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，讀出圖2乙圖中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為1.6N，第4次實(shí)驗(yàn)時(shí)滑輪組的機(jī)械效率為50%．
c．由表中第1、2、3組數(shù)據(jù)可知，同一滑輪組的機(jī)械效率與物重有關(guān)．
d．由表中第3、4組數(shù)據(jù)可知，同一滑輪組的機(jī)械效率與摩擦和動(dòng)滑輪重有關(guān)，請(qǐng)計(jì)算出第3組實(shí)驗(yàn)中克服摩擦所做的額外功0.15 J．

Answer 1

分析 （1）a、要解決此題，需要掌握總功、有用功、機(jī)械效率的概念．知道W_有用=Gh、W_總=Fs、η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$；
b、要知道在使用滑輪組時(shí)，總要克服額外功，所以有用功總小于總功，所以機(jī)械效率總小于1；
由于彈簧測(cè)力計(jì)的彈簧測(cè)力計(jì)本身具有重力，所以如果物體的重力太小的話(huà)，造成的誤差就會(huì)很大；
在分析機(jī)械效率大的原因時(shí)，關(guān)鍵是從測(cè)力計(jì)的示數(shù)著手，拉力的誤差會(huì)造成總功的誤差；所以如果拉力偏小，則總功偏小，機(jī)械效率便會(huì)偏大；
c、要知道豎直向上拉動(dòng)測(cè)力計(jì)可以減少測(cè)力計(jì)本身對(duì)拉力的影響；
（2）a、根據(jù)h與s的關(guān)系（s=nh）結(jié)合表格中數(shù)據(jù)判斷承擔(dān)物重的繩子段數(shù)，然后繞線(xiàn)；
b、為準(zhǔn)確地測(cè)出拉力，需豎直向上勻速拉動(dòng)測(cè)力計(jì)；進(jìn)行讀數(shù)時(shí)，注意測(cè)力計(jì)的分度值；
根據(jù)公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$計(jì)算機(jī)械效率；
c、根據(jù)結(jié)論：同一滑輪組的機(jī)械效率與物重有關(guān)，找出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)即可；
d、由表中第3、4組數(shù)據(jù)可知，物重相同，動(dòng)滑輪重力不同，先根據(jù)W=Gh求出有用功和克服動(dòng)滑輪做的功，然后根據(jù)W=Fs求出總功，則克服繩重及摩擦做的那部分額外功等于總功減去有用功和克服動(dòng)滑輪做的功．

解答 解：
（1）a、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，總功：W_總3=F₃s₃=0.25N×0.6m=0.15J；
機(jī)械效率：η₃=$\frac{{W}_{有3}}{{W}_{總3}}$=$\frac{0.1J}{0.15J}$×100%=66.7%；
b、在實(shí)際中，由于額外功總是存在的，則有用功小于總功，所以機(jī)械效率總小于1；
分析表格中1、2兩次實(shí)驗(yàn)可知，n=2，即由兩段繩子承擔(dān)物重，所以拉力向下；由于彈簧測(cè)力計(jì)本身受重力作用，結(jié)合圖1的第3幅圖可知，測(cè)量時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)偏小，所測(cè)的拉力比實(shí)際的拉力要��；
因此計(jì)算的總功偏小，根據(jù)η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$可知，在有用功不變的情況下，總功偏小，所以測(cè)量的機(jī)械效率偏高；
c、由于測(cè)力計(jì)本身重力的影響，向下拉動(dòng)測(cè)力計(jì)時(shí)誤差會(huì)很大，所以測(cè)力計(jì)一般要豎直向上拉動(dòng)．
（2）a、由前3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，s=3h，所以滑輪組由3段繩子承擔(dān)物重，因此繩子應(yīng)從動(dòng)滑輪繞起，如下圖所示：

b、實(shí)驗(yàn)中應(yīng)沿豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，這樣才能準(zhǔn)確測(cè)出拉力的值；
由圖知，測(cè)力計(jì)的分度值為0.2N，所以其示數(shù)為1.6N；
第4次實(shí)驗(yàn)時(shí)滑輪組的機(jī)械效率為：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{4N×0.1m}{1.6N×0.5m}$×100%=50%；
c、由表中第 1、2、3組數(shù)據(jù)可知，用同一滑輪組提升不同的重物至同一高度，隨著提升物重的增加，滑輪組的機(jī)械效率將變大，由此可知：同一滑輪組的機(jī)械效率與物重有關(guān)；
d、由表中第3、4組數(shù)據(jù)可知，物重相同，動(dòng)滑輪重力不同，機(jī)械效率不同，由此可得：滑輪組的機(jī)械效率與摩擦和動(dòng)滑輪重有關(guān)；
根據(jù)表中第3組數(shù)據(jù)可知，有用功：W_有=Gh=4N×0.1m=0.4J；
克服動(dòng)滑輪重做的額外功：W_動(dòng)=G_動(dòng)h=0.5N×0.1m=0.05J；
總功：W_總=Fs=2N×0.3m=0.6J；
則克服繩重及摩擦做的那部分額外功：W_額′=W_總-W_有-W_動(dòng)=0.6J-0.4J-0.05J=0.15J．
故答案為：（1）a、0.15；66.7%； b、＜；��；小； c、上；
（2）a、見(jiàn)上圖； b、豎直勻速；1.6；50%； c、1、2、3； d、動(dòng)滑輪重； 0.15．

點(diǎn)評(píng) 此題是“探究滑輪組的機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)，考查了滑輪組機(jī)械效率的計(jì)算，根據(jù)數(shù)據(jù)分析影響滑輪組效率的因素，同時(shí)考查了有關(guān)滑輪組的組裝及測(cè)力計(jì)的讀數(shù)問(wèn)題，要細(xì)心分析每一個(gè)問(wèn)題．