Question

11．在“探究哪些因素影響滑輪組的機械效率”的實驗中，某小組利用如圖A所示裝置測得了四組數據，如下表所示．

試驗次數	鉤碼重G/N	鉤碼上升的高度h/cm	測力計的示數F/N	測力計移動的距離s/cm
1	3	2	1.2	6
2	3	5	1.2	15
3	3	8	1.2	26
4	3	10	1.2	30

（1）前三次實驗中，第3（測力計移動的距離） 次實驗數據明顯出現錯誤，應當剔除．
（2）第四次實驗中，有用功是0.3 J，滑輪組的機械效率為83.3%．
（3）根據以上信息，請判斷：該小組設計這四次實驗的目的是為了探究滑輪組的機械效率與鉤碼上升的高度 是否有關．
（4）小紅在以上實驗的基礎上多使用一個滑輪也做了實驗，如圖B所示．
①小紅多使用一個滑輪，目的是為了改變力的方向；
②當兩位同學使用各自的滑輪組提升同一重物時，若忽略繩重及摩擦，它們的機械效率相同 （填“相同”或“不相同”）．

Answer 1

分析 （1）要解決此題，需要掌握繩端移動距離與物體上升高度之間的關系：s=nh．
（2）掌握有用功、總功、機械效率的概念．在此題中有用功是克服鉤碼的重力做的功；總功時拉力F做的功；機械效率等于有用功與總功之比．
（3）要得出結論，需要注意分析表格中各數據，分析改變的量，機械效率的變化是由哪個物理量的變化引起的．
（4）①觀察A和B圖，根據滑輪的特點分析解答；
②由題，分析有用功和額定外功的變化情況，從而判斷機械效率的變化情況．

解答 解：（1）前三次實驗中，1、2兩次實驗繩端移動距離都是物體上升高度的3倍，可知此滑輪組由3段繩子承擔物重，而第三次繩端移動距離與鉤碼上升高度的關系錯誤，所以應當剔除．
（2）第四次實驗的鉤碼重G=3N，鉤碼上升高度h=10cm=0.1m．
所以有用功為：W_有用=Gh=3N×0.1m=0.3J；
測力計示數即拉力為F=1.2N，繩端移動距離為s=30cm=0.3m
所以總功為：W_總=Fs=1.2N×0.3m=0.36J；
所以機械效率為：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{0.3J}{0.36J}$×100%≈83.3%．
（3）由表格中數據可以看出，在4次實驗中鉤碼上升的高度不斷發(fā)生變化，所以是探究滑輪組機械效率與鉤碼上升的高度是否有關．
（4）①小紅多使用一個滑輪，目的是為了改變力的方向；
②因為B圖中增加的是一個定滑輪，且提起同一重物，提升相同高度時做的有用功相同，若忽略繩重及摩擦，額外功也相同，總功相同，故它們的機械效率相同．
故答案為：
故答案為：（1）3（測力計移動的距離）；
（2）0.3；83.3%；
（3）鉤碼上升的高度；
（4）①改變力的方向；②相同．

點評 本題是探究哪些因素影響滑輪組的機械效率的實驗，考查了有用功、機械效率的計算以及控制變量法的應用，都是考試中常見的類型，要掌握好．