不同规格的滑轮组(如一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组、两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组)、绳子、物体(不同质量的钩码)、剪刀、胶带、弹簧测力计、刻度尺、铁架台。
四、实验的实施及数据的记录
1. 组装滑轮组:选择不同规格的滑轮组进行组装,分别挂上不同质量的钩码,缓慢拉动绳子,使钩码在竖直方向匀速升高,观察滑轮组的转动情况和钩码的上升情况。
2. 测量数据:把每组实验中弹簧测力计所测拉力 $F$ 的大小,钩码上升的高度 $h$ 和绳子自由端移动的距离 $s$ 等数据记录在实验记录表中。
3. 计算有用功、总功和机械效率:根据公式 $W_{有用}=Gh$、$W_{总}=Fs$、$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}$,计算有用功、总功和机械效率,并记录在实验记录表中。
| 序号 | 滑轮组规格 | 钩码重$G$/N | 拉力大小$F$/N | 钩码上升的高度$h$/m | 绳子自由端移动的距离$s$/m | 有用功$W_{有用}$/J | 总功$W_{总}$/J | 机械效率$\eta$ |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 1 | 一个定滑轮和一个动滑轮 | | | | | | | |
| 2 | 一个定滑轮和一个动滑轮 | | | | | | | |
| 3 | 两个定滑轮和两个动滑轮 | | | | | | | |
| 4 | 两个定滑轮和两个动滑轮 | | | | | | | |

解：
选取符合实际实验的测量数据，代入对应给定公式计算：
1. 第1组实验：
已知$G_1=2\mathrm{N}$，$F_1=0.8\mathrm{N}$，$h_1=0.1\mathrm{m}$，$s_1=0.3\mathrm{m}$
$W_{\mathrm{有用}1}=G_1h_1=2\mathrm{N}×0.1\mathrm{m}=0.2\mathrm{J}$
$W_{\mathrm{总}1}=F_1s_1=0.8\mathrm{N}×0.3\mathrm{m}=0.24\mathrm{J}$
$\eta_1=\frac{W_{\mathrm{有用}1}}{W_{\mathrm{总}1}}=\frac{0.2\mathrm{J}}{0.24\mathrm{J}}\approx83.3\%$
2. 第2组实验：
已知$G_2=4\mathrm{N}$，$F_2=1.5\mathrm{N}$，$h_2=0.1\mathrm{m}$，$s_2=0.3\mathrm{m}$
$W_{\mathrm{有用}2}=G_2h_2=4\mathrm{N}×0.1\mathrm{m}=0.4\mathrm{J}$
$W_{\mathrm{总}2}=F_2s_2=1.5\mathrm{N}×0.3\mathrm{m}=0.45\mathrm{J}$
$\eta_2=\frac{W_{\mathrm{有用}2}}{W_{\mathrm{总}2}}=\frac{0.4\mathrm{J}}{0.45\mathrm{J}}\approx88.9\%$
3. 第3组实验：
已知$G_3=2\mathrm{N}$，$F_3=0.6\mathrm{N}$，$h_3=0.1\mathrm{m}$，$s_3=0.5\mathrm{m}$
$W_{\mathrm{有用}3}=G_3h_3=2\mathrm{N}×0.1\mathrm{m}=0.2\mathrm{J}$
$W_{\mathrm{总}3}=F_3s_3=0.6\mathrm{N}×0.5\mathrm{m}=0.3\mathrm{J}$
$\eta_3=\frac{W_{\mathrm{有用}3}}{W_{\mathrm{总}3}}=\frac{0.2\mathrm{J}}{0.3\mathrm{J}}\approx66.7\%$
4. 第4组实验：
已知$G_4=4\mathrm{N}$，$F_4=1.1\mathrm{N}$，$h_4=0.1\mathrm{m}$，$s_4=0.5\mathrm{m}$
$W_{\mathrm{有用}4}=G_4h_4=4\mathrm{N}×0.1\mathrm{m}=0.4\mathrm{J}$
$W_{\mathrm{总}4}=F_4s_4=1.1\mathrm{N}×0.5\mathrm{m}=0.55\mathrm{J}$
$\eta_4=\frac{W_{\mathrm{有用}4}}{W_{\mathrm{总}4}}=\frac{0.4\mathrm{J}}{0.55\mathrm{J}}\approx72.7\%$
最终填写完成的实验记录表：
| 序号 | 滑轮组规格 | 钩码重$G$/N | 拉力大小$F$/N | 钩码上升的高度$h$/m | 绳子自由端移动的距离$s$/m | 有用功$W_{\mathrm{有用}}$/J | 总功$W_{\mathrm{总}}$/J | 机械效率$\eta$ |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 1 | 一个定滑轮和一个动滑轮 | 2 | 0.8 | 0.1 | 0.3 | 0.2 | 0.24 | 83.3% |
| 2 | 一个定滑轮和一个动滑轮 | 4 | 1.5 | 0.1 | 0.3 | 0.4 | 0.45 | 88.9% |
| 3 | 两个定滑轮和两个动滑轮 | 2 | 0.6 | 0.1 | 0.5 | 0.2 | 0.3 | 66.7% |
| 4 | 两个定滑轮和两个动滑轮 | 4 | 1.1 | 0.1 | 0.5 | 0.4 | 0.55 | 72.7% |

五、数据分析与讨论
1. 用同一滑轮组提升不同的物体，机械效率有什么变化？为什么？
2. 用不同的滑轮组提升相同的物体，机械效率有什么变化？为什么？
3. 如何提高滑轮组的机械效率？

解：
1. 同一滑轮组提升不同物体时，提升的物体重力越大，滑轮组的机械效率越高。
原因：同一滑轮组的动滑轮重力、部件间摩擦等因素基本固定，提升重物过程中的额外功大小几乎不变；物体重力越大，所做的有用功越多，有用功在总功中所占的比例就越大，因此机械效率随提升物重的增大而升高。
2. 用不同滑轮组提升相同的物体时，动滑轮总重力越小、摩擦越小的滑轮组，机械效率越高。
原因：将相同物体提升相同高度时，所有滑轮组做的有用功大小相等；动滑轮自重越小、转轴处摩擦越小，滑轮组需要做的额外功就越少，有用功在总功中占的比例越大，对应的机械效率就越高。
3. 提高滑轮组机械效率的方法：
① 在滑轮组的承重允许范围内，尽量增大被提升物体的重力；
② 选用自重更小的动滑轮，减小动滑轮的总重力；
③ 给滑轮的转轴部位加润滑油，减小部件间的摩擦。