Question

在做測定滑輪組機械效率的實驗中，所用裝置如圖所示．某同學正確測得重物被提升的高度是0.2m，物重是1.2N，其它測量或計算的數據如下：（不計繩重和摩擦）

繩自由端所受拉力F	繩子自由端移動距離S	有用功W有	總功W總
0.5N	0.4m	0.24J	0.2J

（1）如果你對該同學的實驗記錄進行分析，就會發(fā)現他的實驗結果是違背物理規(guī)律的．上表數據中肯定錯誤的是________和________（填表格中的數據），應改為________和________；根據改正后的
數據計算得此滑輪組的機械效率η₁=________．
（2）實驗中應該________拉動彈簧秤．滑輪組的機械效率小于1的主要原因是要克服________做額外功．
（3）當用這個裝置提起重2N的物體時，其機械效率為η₂，則η₂________η₁（填“＞”“=”或“＜”）．
（4）當動滑輪重為________N時，使用該滑輪組提起2N重的物體剛好不省力．

Answer 1

解：（1）分析該同學的實驗記錄可知：有用功大于總功，而用功應小于總功，所以這一點是違背規(guī)律的；
由滑輪組可知：n=3，繩子自由端移動距離s=nh=3×0.2m=0.6m，總功為W_總=Fs=0.5N×0.6m=0.3J，故上表數據中肯定錯誤的是0.4m和0.2J，應改為0.6m和0.3J；
此滑輪組的機械效率η₁===80%．
（2）根據二力平衡知，只有豎直方向勻速拉動彈簧測力計時，拉力才等于彈簧測力計的示數；
在提升物體，不考慮繩重和摩擦時，要克服動滑輪的重力，所以機械效率總小于1．
（3）使用同一滑輪組時，做的額外功不變，增加物重，增大了有用功，則有用功占總功的比例增大，即機械效率變大，故η₂＞η₁．
（4）若滑輪組不省力時，則有F=G_物，
根據F=（G_物+G_動）得：G_物=（G_物+G_動），
所以G_動=2G_物=2×2N=4N．
故答案為：（1）0.4；0.2；0.6；0.3；80%；（2）豎直方向勻速；動滑輪的重力；（3）＞；（4）4．
分析：（1）根據總功等于有用功和額外功之和可知，有用功不可能大于總功；根據滑輪組可知繩子的有效股數為3，根據s=nh得出繩子自由端移動距離，根據W=Fs求出總功，利用效率公式求出改正后此滑輪組的機械效率．
（2）利用二力的平衡，只有勻速拉動彈簧測力計，彈簧測力計的示數才等于拉力的大小；在提升物體，不考慮繩重和摩擦時，需要克服動滑輪重和摩擦做功，所以要做一些額外功，因此機械效率總小于1．
（3）使用同一滑輪組時，做的額外功不變，增加物重，增大了有用功，機械效率會變大．
（4）摩擦和繩子的重力忽略不計表示時，繩子末端的拉力為F=（G_物+G_動），當拉力等于物體重力的時候，不再省力，根據此關系式列出等式，計算可得動滑輪重．
點評：本題主要是測量滑輪組的機械效率，在實驗中，注意繩端拉力的測量，測力計在豎直方向做勻速運動．要掌握有用功、總功、機械效率的計算方法和物重對機械效率的影響．