Question

7．在“测量滑轮组机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行了两次实验，实验数据如表所示．

次数	钩码总重 G/N	钩码上升的 高度h/cm	弹簧测力计 示数F/N	测力计移动 距离s/cm	机械效率 η/%
1	2	5	O．8	15	83.3
2	4	8	1.5

（1）在表格中填上合适的数据．所用滑轮组中绳子段数为n=3．动滑轮、定滑轮的最少个数分别为：动滑轮为1个，定滑轮为1个．
（2）实验过程中应该竖直向上匀速拉动弹簧测力计．
（3）实验中钩码上升的高度和弹簧测力计移动的距离可以不测量，原因是机械效率与物体被提升的高度无关，此时测滑轮组机械效率可表示为η=$\frac{G}{nF}$．（用题目中字母表示）
（4）若将重为3N的钩码挂在同一滑轮组下，根据已有信息可判断出机械效率应在83.3%与88.9%之间的范围．
（5）比较实验1和实验2可得正确结论：使用同一滑轮组，增加提升的物体的重力，可以提高滑轮组的机械效率．
（6）测拉力时是让弹簧测力计静止时读数的，则测出的机械效率将偏大．

Answer 1

分析 （1）由钩码升高的距离和绳子自由端移动的距离的关系，判断动滑轮和钩码有几段绳子承担，画出滑轮组的绕法．
（2）利用力的平衡条件，只有匀速拉动弹簧测力计，测力计的示数才等于拉力的大小．
（3）用滑轮组提升物体时，机械效率跟物体升高的距离无关，物体升高的距离和绳子自由端移动的距离总是有一定比例的，实验中可以不进行测量．
利用η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$推导滑轮组的机械效率的表达式．
（4）根据表格中数据确定承担物重的绳子段数，根据s=nh计算出2中绳子移动的距离；根据2的数据计算出机械效率的大小；
根据机械效率与物重的关系得出效率的范围．
（5）滑轮组的机械效率跟物体升高的距离、提升的速度、绕法无关，跟被提升的物体的重有关．提起的物体越重，机械效率越高．
（6）当弹簧测力计静止时，绳子和滑轮之间没有摩擦力，拉力示数会变小，有用功在总功中占的比例增大，滑轮组的机械效率偏大．

解答 解：
（1）钩码升高的距离是5cm，绳子自由端移动的距离是15cm，所以s=3h，所以动滑轮和钩码有三段绳子承担，绳子从动滑轮开始绕起．所以至少需要1个动滑轮和一个定滑轮．
（2）根据二力平衡的条件可知，只有竖直方向匀速拉动弹簧测力计，弹簧测力计的示数才等于拉力的大小；因此实验过程中应该匀速竖直向上拉动弹簧测力计．
（3）机械效率跟物体升高的距离无关，物体升高的距离和绳子自由端移动的距离总是有一定比例的，实验中可以不进行测量．
因为η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{Gh}{Fnh}$=$\frac{G}{nF}$，
所以滑轮组机械效率可表示为η=$\frac{G}{nF}$．
（4）由1数据知，s=3h，所以滑轮组由3段绳子承担物重，所以第二组数据中，s=3h=3×8cm=24cm；
第二组数据的效率η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{4N×0.08m}{1.5N×0.24m}$×100%≈88.9%；
同一滑轮组，提起的物重越大，机械效率越高，所以提起重为3N的物体时，机械效率应处于83.3%与88.9%之间．
（5）比较实验1和实验2可得正确结论：滑轮组的机械效率跟被提升的物体的重有关．提起货物越重，机械效率越高．因此，使用同一滑轮组，增加提升的物体的重力，可以提高滑轮组的机械效率．
（6）如让弹簧测力计静止时读数，则减小了一部分由于摩擦造成的额外功，因此测得的机械效率偏大．
故答案为：（1）3；1；1；（2）竖直；匀速；（3）机械效率与物体被提升的高度无关；$\frac{G}{nF}$；（4）83.3%与88.9%之间的；（5）增加提升的物体的重力，可以提高滑轮组的机械效率；（6）偏大．

点评 本题考查了实验注意事项、弹簧测力计读数、求滑轮组效率、滑轮组效率分析等问题，属于常见题型，难度不大；确定承重绳子的股数是正确作出滑轮组绕法的关键．