Question

4．在“測量滑輪組的機械效率”的實驗中，某實驗小組用同樣的滑輪安裝了如圖甲、乙所示的滑輪組．實驗測得的數據如表所示．

次數	物體的重力G/N	提升高度h/m	拉力F/N	繩端移動的距離s/m	機械效率η
1	2	0.1	1	0.3	66.7%
2	3	0.1	1.4	0.3	71.4%
3	4	0.1	1.8	0.3	74.1%
4	2	0.1	1.5	0.2

（1）把表格內的第4次實驗數據補充完整 （結果精確到0.1%）．這次數據是用乙圖中 （填“甲”或“乙”）所示的滑輪組測得的．
（2）分析比較第1、2、3次實驗數據可以判定，增加物重可使滑輪組的機械效率變大．（選填“變大”、“變小”或“不變”）．在第1次實驗中，拉力F所做的額外功為0.1 J．
（3）某同學認為，使用相同的滑輪所組成的滑輪組提升同一個重物時，越省力的滑輪組其機械效率越大，他的想法正確嗎？請你利用補充完整后的表格中的數據說明你的判斷：不正確；第1次比第4次省力，但兩次的機械效率卻相同．
【拓展】若不計摩擦和繩重，用第一次實驗的裝置以0.1m/s的速度勻速提起5N的物體，拉力的功率是0.6W．

Answer 1

分析 （1）根據η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$求出第4次實驗的機械效率；然后根據s=nh求出提升物體繩子的條數，從而確定滑輪組的裝置；
（2）比較第1、2、3次實驗數據，鉤碼升高的距離相同，繩子自由端移動的距離相同，說明使用的是同一裝置，所做的額外功相同，提起的重物不同，機械效率不同據此得出結論；
先根據W_有=Gh和W_總=Fs求出有用功和總功，然后根據W_總=W_有+W_額即可求出拉力所做的額外功；
（3）比較1、4次實驗數據進行分析，并得出相應的結論；
【拓展】不計摩擦和繩重，根據第1次的數據求出動滑輪的重力，然后求出勻速提起5N的物體時，繩子自由端的拉力，由物體上升速度，根據v_F=nv_物計算出繩子自由端的速度，由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv計算拉力的功率

解答 解：
（1）第4次實驗的機械效率：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{2N×0.1m}{1.5N×0.2m}$×100%≈66.7%；
由s=nh可得，n=$\frac{s}{h}$=$\frac{0.2m}{0.1m}$=2，而圖乙中提升物體繩子條數為2，故選擇裝置乙；
（2）比較第1、2、3次實驗數據可知，對于同一滑輪組，物重越大，滑輪組的機械效率越高，因此增大物體的重力可以提高滑輪組的機械效率；
根據第1次實驗數據可知，W_有=Gh=2N×0.1m=0.2J；
W_總=Fs=1N×0.3m=0.3J；
由W_總=W_有+W_額可得，W_額=W_總-W_有=0.3J-0.2J=0.1J；
（3）不正確；比較第1、4次實驗數據可知，第1次比第4次省力，但兩次的機械效率卻相同；
【拓展】不計摩擦和繩重，第1次實驗中，繩子的段數n=3，根據F=$\frac{{G}_{物}+{G}_{動}}{n}$可知，動滑輪的重力為G_動=nF-G_物=3×1N-2N；
當勻速提起5N的物體時，繩子自由端的拉力為F=$\frac{{G}_{物}+{G}_{動}}{n}$=$\frac{5N+1N}{3}$=2N；
拉力的速度v_F=nv_物=3×0.1m/s=0.3m/s，
拉力F的功率為P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv_F=2N×0.3m/s=0.6W；
故答案為：（1）66.7%；乙；（2）變大； 0.1；（3）不正確；第1次比第4次省力，但兩次的機械效率卻相同；【拓展】0.6．

點評 本題考查了探究影響滑輪組機械效率因素的實驗，要知道物體越重，做的有用功越多，機械效率越高；動滑輪越多，所做的額外功越多，滑輪組的機械效率越低．