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例4 某同学测量滑轮组机械效率的实验装置如图所示，将得到的数据记录在表格中。下列说法正确的是()
A. 第1次实验是使用乙图装置完成的
B. 第3次实验的机械效率为80.1%
C. 分析比较第1、3次实验可得出：同一滑轮组提升的物重越大，滑轮组的机械效率越高
D. 分析比较第2、3次实验可得出：动滑轮重力越小，滑轮组的机械效率越高
A. 第1次实验是使用乙图装置完成的
B. 第3次实验的机械效率为80.1%
C. 分析比较第1、3次实验可得出：同一滑轮组提升的物重越大，滑轮组的机械效率越高
D. 分析比较第2、3次实验可得出：动滑轮重力越小，滑轮组的机械效率越高
答案
C
解析
【分析】
要解决这道题，需结合滑轮组机械效率的计算公式η=$\frac{W_{有}}{W_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$，以及控制变量法分析实验结论。首先根据s=nh判断承担物重的绳子段数n，对应匹配的滑轮组装置；再通过公式计算机械效率，判断数值是否正确；最后利用控制变量法分析实验结论，确保探究过程中只有一个变量，其他条件保持一致，避免因多变量干扰结论的科学性。
【解析】
逐个分析选项：
A. 由s=nh可得，第1次实验中$n=\frac{s_1}{h_1}=\frac{0.3m}{0.1m}=3$，说明承担物重的绳子段数为3，对应甲图装置（乙图承担物重的绳子段数为2），故A错误；
B. 第3次实验的机械效率$\eta_3=\frac{G_3h_3}{F_3s_3}=\frac{6N×0.1m}{2.2N×0.3m}=\frac{0.6J}{0.66J}≈90.9\%≠80.1\%$，故B错误；
C. 第1、3次实验使用的是同一滑轮组（动滑轮重力相同），提升的物重不同，第3次提升的物重更大，机械效率更高，因此可得出：同一滑轮组提升的物重越大，滑轮组的机械效率越高，故C正确；
D. 第2、3次实验中，物重、动滑轮重力均不同，存在两个变量，不符合控制变量法的要求，无法得出“动滑轮重力越小，滑轮组的机械效率越高”的结论，故D错误。
【答案】
C
【知识点】
滑轮组机械效率；控制变量法
【点评】
本题考查滑轮组机械效率的计算与实验探究，核心是掌握机械效率的计算公式，以及运用控制变量法分析实验结论的关键——保证变量唯一，避免多变量对结论的干扰，同时需熟练通过绳子段数匹配对应的滑轮组装置。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需结合滑轮组机械效率的计算公式η=$\frac{W_{有}}{W_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$，以及控制变量法分析实验结论。首先根据s=nh判断承担物重的绳子段数n，对应匹配的滑轮组装置；再通过公式计算机械效率，判断数值是否正确；最后利用控制变量法分析实验结论，确保探究过程中只有一个变量，其他条件保持一致，避免因多变量干扰结论的科学性。
【解析】
逐个分析选项：
A. 由s=nh可得，第1次实验中$n=\frac{s_1}{h_1}=\frac{0.3m}{0.1m}=3$，说明承担物重的绳子段数为3，对应甲图装置（乙图承担物重的绳子段数为2），故A错误；
B. 第3次实验的机械效率$\eta_3=\frac{G_3h_3}{F_3s_3}=\frac{6N×0.1m}{2.2N×0.3m}=\frac{0.6J}{0.66J}≈90.9\%≠80.1\%$，故B错误；
C. 第1、3次实验使用的是同一滑轮组（动滑轮重力相同），提升的物重不同，第3次提升的物重更大，机械效率更高，因此可得出：同一滑轮组提升的物重越大，滑轮组的机械效率越高，故C正确；
D. 第2、3次实验中，物重、动滑轮重力均不同，存在两个变量，不符合控制变量法的要求，无法得出“动滑轮重力越小，滑轮组的机械效率越高”的结论，故D错误。
【答案】
C
【知识点】
滑轮组机械效率；控制变量法
【点评】
本题考查滑轮组机械效率的计算与实验探究，核心是掌握机械效率的计算公式，以及运用控制变量法分析实验结论的关键——保证变量唯一，避免多变量对结论的干扰，同时需熟练通过绳子段数匹配对应的滑轮组装置。
【难度系数】
0.6
1. 借助动滑轮用绳子将重物提升至一定的高度，如图所示，此过程中的有用功是()
A. 提升重物所做的功
B. 克服摩擦力所做的功
C. 提升绳子所做的功
D. 克服动滑轮重力所做的功
A. 提升重物所做的功
B. 克服摩擦力所做的功
C. 提升绳子所做的功
D. 克服动滑轮重力所做的功
答案
A
解析
【分析】
首先明确有用功的定义：有用功是指对人们有实际用途、为达到目标必须做的功。在借助动滑轮提升重物的过程中，我们的核心目的是将重物提升至一定高度，因此需要判断哪个选项对应的功是为实现该目的所做的功。分析各选项：提升重物是我们的目标，对应的功是有用功；而克服摩擦力、提升绳子、克服动滑轮重力所做的功，都是完成提升重物这一任务时额外消耗的功，属于额外功。
【解析】
根据有用功的定义，在利用动滑轮提升重物的过程中，我们的目的是将重物提升到指定高度，因此提升重物所做的功是对我们有用的功，即有用功。
选项B、C、D中对应的功，都是完成提升重物任务时不得不做但对实现目标无直接帮助的额外功，不符合有用功的定义。
因此本题选A。
【答案】
A
【知识点】
有用功的定义
【点评】
本题考查有用功与额外功的概念区分，关键在于明确做功的核心目的，是对基础功的概念的直接考查，难度较低。
【难度系数】
0.8
首先明确有用功的定义：有用功是指对人们有实际用途、为达到目标必须做的功。在借助动滑轮提升重物的过程中，我们的核心目的是将重物提升至一定高度，因此需要判断哪个选项对应的功是为实现该目的所做的功。分析各选项：提升重物是我们的目标，对应的功是有用功；而克服摩擦力、提升绳子、克服动滑轮重力所做的功，都是完成提升重物这一任务时额外消耗的功，属于额外功。
【解析】
根据有用功的定义，在利用动滑轮提升重物的过程中，我们的目的是将重物提升到指定高度，因此提升重物所做的功是对我们有用的功，即有用功。
选项B、C、D中对应的功，都是完成提升重物任务时不得不做但对实现目标无直接帮助的额外功，不符合有用功的定义。
因此本题选A。
【答案】
A
【知识点】
有用功的定义
【点评】
本题考查有用功与额外功的概念区分，关键在于明确做功的核心目的，是对基础功的概念的直接考查，难度较低。
【难度系数】
0.8
2. 某人用如图所示的滑轮组匀速提升重500N的重物，所用的拉力$F$为200N，10s内绳子自由端移动的距离为6m。不计绳重和摩擦。
(1)求在此过程中滑轮组做的有用功。
(2)求在此过程中拉力对滑轮组所做的总功和额外功。
(1)求在此过程中滑轮组做的有用功。
(2)求在此过程中拉力对滑轮组所做的总功和额外功。
答案
解：
(1) 由图知，n=3，物体上升高度$h=\frac{s}{n}=\frac{6\ \mathrm{m}}{3}=2\ \mathrm{m}$
有用功$W_{有用}=Gh=500\ \mathrm{N} × 2\ \mathrm{m}=1000\ \mathrm{J}$
(2) 总功$W_{总}=Fs=200\ \mathrm{N} × 6\ \mathrm{m}=1200\ \mathrm{J}$
额外功$W_{额外}=W_{总}-W_{有用}=1200\ \mathrm{J}-1000\ \mathrm{J}=200\ \mathrm{J}$
(1) 由图知，n=3，物体上升高度$h=\frac{s}{n}=\frac{6\ \mathrm{m}}{3}=2\ \mathrm{m}$
有用功$W_{有用}=Gh=500\ \mathrm{N} × 2\ \mathrm{m}=1000\ \mathrm{J}$
(2) 总功$W_{总}=Fs=200\ \mathrm{N} × 6\ \mathrm{m}=1200\ \mathrm{J}$
额外功$W_{额外}=W_{总}-W_{有用}=1200\ \mathrm{J}-1000\ \mathrm{J}=200\ \mathrm{J}$
解析
【分析】
1. 对于问题（1），有用功是提升重物所做的功，公式为$W_{有用}=Gh$，需先根据滑轮组绳子段数$n$和绳子自由端移动距离$s$，求出物体上升高度$h=\frac{s}{n}$，再代入公式计算有用功。
2. 对于问题（2），总功是拉力所做的功，公式为$W_{总}=Fs$，直接代入拉力和绳子自由端移动距离即可算出；额外功等于总功减去有用功，利用$W_{额外}=W_{总}-W_{有用}$计算即可。
【解析】
(1) 由图可知，滑轮组承担物重的绳子段数$n=3$，
物体上升的高度：$h=\frac{s}{n}=\frac{6\ \mathrm{m}}{3}=2\ \mathrm{m}$，
滑轮组做的有用功：$W_{有用}=Gh=500\ \mathrm{N}×2\ \mathrm{m}=1000\ \mathrm{J}$。
(2) 拉力对滑轮组做的总功：$W_{总}=Fs=200\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=1200\ \mathrm{J}$，
额外功：$W_{额外}=W_{总}-W_{有用}=1200\ \mathrm{J}-1000\ \mathrm{J}=200\ \mathrm{J}$。
【答案】
(1) 有用功为$1000\ \mathrm{J}$；
(2) 总功为$1200\ \mathrm{J}$，额外功为$200\ \mathrm{J}$。
【知识点】
滑轮组功的计算；有用功、总功、额外功
【点评】
本题考查滑轮组中有用功、总功和额外功的计算，关键是确定承担物重的绳子段数，熟练掌握相关功的计算公式是解题基础，属于基础题型。
【难度系数】
0.7
1. 对于问题（1），有用功是提升重物所做的功，公式为$W_{有用}=Gh$，需先根据滑轮组绳子段数$n$和绳子自由端移动距离$s$，求出物体上升高度$h=\frac{s}{n}$，再代入公式计算有用功。
2. 对于问题（2），总功是拉力所做的功，公式为$W_{总}=Fs$，直接代入拉力和绳子自由端移动距离即可算出；额外功等于总功减去有用功，利用$W_{额外}=W_{总}-W_{有用}$计算即可。
【解析】
(1) 由图可知，滑轮组承担物重的绳子段数$n=3$，
物体上升的高度：$h=\frac{s}{n}=\frac{6\ \mathrm{m}}{3}=2\ \mathrm{m}$，
滑轮组做的有用功：$W_{有用}=Gh=500\ \mathrm{N}×2\ \mathrm{m}=1000\ \mathrm{J}$。
(2) 拉力对滑轮组做的总功：$W_{总}=Fs=200\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=1200\ \mathrm{J}$，
额外功：$W_{额外}=W_{总}-W_{有用}=1200\ \mathrm{J}-1000\ \mathrm{J}=200\ \mathrm{J}$。
【答案】
(1) 有用功为$1000\ \mathrm{J}$；
(2) 总功为$1200\ \mathrm{J}$，额外功为$200\ \mathrm{J}$。
【知识点】
滑轮组功的计算；有用功、总功、额外功
【点评】
本题考查滑轮组中有用功、总功和额外功的计算，关键是确定承担物重的绳子段数，熟练掌握相关功的计算公式是解题基础，属于基础题型。
【难度系数】
0.7
