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25. 利用如图22所示器材对“使用动滑轮是否省功”进行探究。实验步骤如下:
①如图22甲所示,用弹簧测力计将钩码缓慢、匀速向上提升一定高度,并同时用刻度尺测量提升高度,记录拉力F₁与高度h,计算拉力所做的功W₁;
②如图22乙所示,用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码缓慢、匀速向上提升相同高度h,记录拉力F₂及绳端移动距离s,计算拉力所做的功W₂;
③比较W₁和W₂的大小关系,得出结论。
回答下述问题:
(1)提升钩码所做有用功为______,额外功为______,机械效率为______(均用测量量符号表示)。
(2)实验中W₁和W₂的大小关系是W₁______(选填“＞”“=”或“＜”)W₂。
(3)请结合实际提出一种提高本机械效率的方法或措施:________________________。
①如图22甲所示,用弹簧测力计将钩码缓慢、匀速向上提升一定高度,并同时用刻度尺测量提升高度,记录拉力F₁与高度h,计算拉力所做的功W₁;
②如图22乙所示,用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码缓慢、匀速向上提升相同高度h,记录拉力F₂及绳端移动距离s,计算拉力所做的功W₂;
③比较W₁和W₂的大小关系,得出结论。
回答下述问题:
(1)提升钩码所做有用功为______,额外功为______,机械效率为______(均用测量量符号表示)。
(2)实验中W₁和W₂的大小关系是W₁______(选填“＞”“=”或“＜”)W₂。
(3)请结合实际提出一种提高本机械效率的方法或措施:________________________。
答案
【解析】：
(1) 有用功是对我们有用的功，即直接提升钩码所做的功$W_{有}=F_{1}h$；总功$W_{总}=F_{2}s$，额外功$W_{额}=W_{总}-W_{有}=F_{2}s - F_{1}h$；机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}\times100\%=\frac{F_{1}h}{F_{2}s}\times100\%$。
(2) 乙图中使用动滑轮时，要克服动滑轮重力和摩擦力做额外功，所以$W_{2}$（总功）大于$W_{1}$（不用动滑轮时做的功，此时可认为额外功为$0$，$W_{1}$近似等于有用功），即$W_{1}＜W_{2}$。
(3) 提高机械效率的方法：减轻动滑轮的重力（减小额外功）、加润滑油（减小摩擦力，减小额外功）、增加提升钩码的重力（在额外功一定时，增大有用功）等。
【答案】：
(1)$F_{1}h$；$F_{2}s - F_{1}h$；$\boldsymbol{\frac{F_{1}h}{F_{2}s}\times100\%}$
(2)$\boldsymbol{＜}$
(3)减轻动滑轮的重力（或加润滑油、增加提升钩码的重力等）
(1) 有用功是对我们有用的功，即直接提升钩码所做的功$W_{有}=F_{1}h$；总功$W_{总}=F_{2}s$，额外功$W_{额}=W_{总}-W_{有}=F_{2}s - F_{1}h$；机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}\times100\%=\frac{F_{1}h}{F_{2}s}\times100\%$。
(2) 乙图中使用动滑轮时，要克服动滑轮重力和摩擦力做额外功，所以$W_{2}$（总功）大于$W_{1}$（不用动滑轮时做的功，此时可认为额外功为$0$，$W_{1}$近似等于有用功），即$W_{1}＜W_{2}$。
(3) 提高机械效率的方法：减轻动滑轮的重力（减小额外功）、加润滑油（减小摩擦力，减小额外功）、增加提升钩码的重力（在额外功一定时，增大有用功）等。
【答案】：
(1)$F_{1}h$；$F_{2}s - F_{1}h$；$\boldsymbol{\frac{F_{1}h}{F_{2}s}\times100\%}$
(2)$\boldsymbol{＜}$
(3)减轻动滑轮的重力（或加润滑油、增加提升钩码的重力等）
26. 小华想利用所学的物理知识估测自己跳绳时克服重力的平均功率(不计绳重)。
(1)用体重计测量自己的质量m。
(2)估测自己平均每次跳起的高度h(人的重心上升的高度)。
(3)用______(填测量器材)记录跳n次所用的时间t。
(4)数据处理:平均功率P=______。
(5)小明和小华两人想比较跳绳的平均功率(假设两人跳起的平均高度相同),则______。
A. 频率相同,体重大的功率大
B. 频率相同,跳的时间长的功率大
C. 体重相同,频率高的功率小
D. 体重相同,跳的时间长的功率大
(1)用体重计测量自己的质量m。
(2)估测自己平均每次跳起的高度h(人的重心上升的高度)。
(3)用______(填测量器材)记录跳n次所用的时间t。
(4)数据处理:平均功率P=______。
(5)小明和小华两人想比较跳绳的平均功率(假设两人跳起的平均高度相同),则______。
A. 频率相同,体重大的功率大
B. 频率相同,跳的时间长的功率大
C. 体重相同,频率高的功率小
D. 体重相同,跳的时间长的功率大
答案
【解析】：
(3)要记录跳$n$次所用的时间$t$，需要用到测量时间的工具，即停表。
(4)小华的重力$G = mg$，跳$n$次克服重力做的功$W = nGh=n mgh$，根据功率公式$P=\frac{W}{t}$，可得平均功率$P=\frac{n mgh}{t}$。
(5)两人跳起的平均高度$h$相同。
功率$P=\frac{W}{t}=\frac{n mgh}{t}$，频率$f=\frac{n}{t}$，则$P = mgfh$。
A选项：频率$f$相同，体重大（$m$大）的，根据$P = mgfh$可知功率大，A正确；
B选项：频率相同，功率与跳的时间无关，B错误；
C选项：体重相同，频率高（$f$大）的，根据$P = mgfh$可知功率大，C错误；
D选项：体重相同，功率与跳的时间无关，D错误。
【答案】：(3)停表；(4)$\frac{n mgh}{t}$；(5)A
(3)要记录跳$n$次所用的时间$t$，需要用到测量时间的工具，即停表。
(4)小华的重力$G = mg$，跳$n$次克服重力做的功$W = nGh=n mgh$，根据功率公式$P=\frac{W}{t}$，可得平均功率$P=\frac{n mgh}{t}$。
(5)两人跳起的平均高度$h$相同。
功率$P=\frac{W}{t}=\frac{n mgh}{t}$，频率$f=\frac{n}{t}$，则$P = mgfh$。
A选项：频率$f$相同，体重大（$m$大）的，根据$P = mgfh$可知功率大，A正确；
B选项：频率相同，功率与跳的时间无关，B错误；
C选项：体重相同，频率高（$f$大）的，根据$P = mgfh$可知功率大，C错误；
D选项：体重相同，功率与跳的时间无关，D错误。
【答案】：(3)停表；(4)$\frac{n mgh}{t}$；(5)A
