Question

14．物理興趣小組在測量滑輪組機械效率實驗中，利用如圖所示的滑輪組進行了4次測量，測得數據如下表所示．

次數	鉤碼所受的重力G/N	鉤碼提升高度h/m	拉力F/N	繩端移動距離s/m	機械效率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）實驗中應豎直向上勻速拉動彈簧測力計．
（2）第4次實驗測得的機械效率為66.7%．
（3）比較1、2兩次實驗，小組同學發(fā)現：同一滑輪組的機械效率與重物被提升高度無關；比較第3、4次實驗數據可知，同一滑輪組，提起的物體重力越大，機械效率越高．第4次拉力做的額外功與第3次相比增大（選填“增大”、“減小”或“不變”），由此可見機械效率提高的原因是有用功增加比額外功增加多得多，從而使有用功占總功的比值變大．
（4）小芳對上述四個機械效率取平均值，并認為它是這個滑輪組準確的機械效率．這種做法對嗎？不對，請說出理由：因為滑輪組的機械效率不是一個定值，求平均值無意義．

Answer 1

分析 （1）應豎直勻速拉動測力計，這樣拉力大小不變，彈簧測力計的示數穩(wěn)定；
（2）根據η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$計算機械效率；
（3）探究滑輪組的機械效率與重物被提升高度關系時，應控制其他因素不變，只改變物體被提高高度；
由第3、4實驗數據，找到不變量和改變的量，分析機械效率的影響因素；
根據W_額=W_總-W_有=Fs-Gh計算3、4兩次實驗的額外功的大小比較，從而分析提高機械效率辦法；
（4）在實驗中，使用的滑輪組相同，但提升的重物不同，使機械效率不同；因此滑輪組的機械效率不是一個固定值，多次測量取平均，無意義．

解答 解：
（1）實驗中應該豎直向上勻速拉動彈簧測力計，以保證拉力大小恒定，便于讀數；
（2）由表格第4次實驗數據，機械效率為：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{4N×0.1m}{2.0N×0.3m}$×100%≈66.7%；
（3）探究滑輪組的機械效率與重物被提升高度關系時，應控制其他因素不變，只改變物體被提高高度，由表格數據可知，應比較1、2兩次實驗；
比較第3、4次實驗數據可知，同一滑輪組提起的物體越重，滑輪組的機械效率越高；
根據W_額=W_總-W_有=Fs-Gh，
W_額3=F₃s-G₃h=1.1N×0.3m-2N×0.1m=0.13J，
W_額4=F₄s-G₄h=2.0N×0.3m-4N×0.1m=0.2J，
所以第4次拉力做的額外功與第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，有用功增加比額外功增加多得多，從而使有用功占總功的比值變大，即機械效率增大；
（4）使用同樣的滑輪組，做的額外功相同；提起的鉤碼越重，做的有用功越多，有用功占總功的比值越大，機械效率越大，由此可知：滑輪組的機械效率與鉤碼重有關；所以小華這種做法不對，因為滑輪組的機械效率不是一個定值，求平均值無意義．
故答案為：（1）勻速；（2）66.7；（3）1、2；提起的物體重力；增大；有用功增加比額外功增加多得多，從而使有用功占總功的比值變大；
（4）不對；因為滑輪組的機械效率不是一個定值，求平均值無意義．

點評 在此實驗中，對滑輪組的分析、機械效率公式的運用是實驗的基礎，同時，實驗中分別探究了機械效率高低與動滑輪個數、提升物體重力等多個量的關系，因此控制變量法的運用也十分關鍵．