1. (2023·怀化)提高机械效率能够充分发挥机械设备的作用,一组同学在“测量滑轮组的机械效率”实验中,实验测得的数据如表所示.


(1) 实验中应尽量竖直向上(匀速/加速)拉动弹簧测力计.
(2) 计算出第3组实验的有用功J,机械效率是(结果精确到0.1%).
(3) 分析比较第1、2、3次实验数据可以判定,使用同一个滑轮组提升物体时,被提升的物体越重,滑轮组的机械效率(越高/越低/不变);分析比较第3、4次实验数据可得,机械效率与物体上升的高度(有关/无关).

(1) 匀速
(2) 0.4
(3) 74.1%
(4) 越高
(5) 无关

【分析】
本题围绕滑轮组机械效率的实验展开，需结合实验原理、操作要求、功和机械效率的公式及影响因素分析：
1. 第一问：弹簧测力计的拉动方式需保证滑轮组受力平衡，才能准确测量拉力大小；
2. 第二问：利用有用功公式$W_{有用}=Gh$计算有用功，再结合总功计算机械效率$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$；
3. 第三问：对比同滑轮组不同物重的实验数据，分析物重对机械效率的影响；对比物重相同、高度不同的实验数据，分析高度对机械效率的影响。
【解析】
(1) 实验中需竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时滑轮组处于平衡状态，拉力大小等于弹簧测力计的示数，可准确测量拉力，避免加速拉动导致的拉力误差。
(2) 第3组实验的有用功：$W_{有用}=Gh=4N×0.1m=0.4J$；总功假设为$W_{总}=Fs$，结合机械效率公式计算得：$\eta=\frac{0.4J}{W_{总}}×100\%\approx74.1\%$。
(3) 第1、2、3次实验为同一滑轮组，物重越大，机械效率越高；第3、4次实验物重相同，物体上升高度不同，机械效率相近，说明机械效率与物体上升的高度无关。
【答案】
(1) 匀速；(2) 0.4；74.1%；(3) 越高；无关
【知识点】
滑轮组的机械效率；有用功与总功的计算
【点评】
本题考查滑轮组机械效率的实验操作、计算及影响因素，是力学中机械效率的基础考点，需掌握实验原理和公式应用，难度适中。
【难度系数】
0.6

2. 某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如下表所示，实验装置如下图：

（1）通过表中数据可分析出实验1是用图做的实验，实验2是用图做的实验，请将表中空白处填上恰当的数据。
（2）通过实验1和实验2的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮组，提升相同的重物时，动滑轮的个数越多，滑轮组的机械效率。
（3）比较实验1和实验3可得正确结论：使用同一滑轮组，，可以提高滑轮组的机械效率。
| 物理量 | 1 | 2 | 3 |
| --- | --- | --- | --- |
| 钩码重G/N | 4 | 4 | 6 |
| 钩码上升高度h/m | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 绳端拉力F/N | 1.8 | 1.4 | 2.4 |
| 绳端移动距离s/m | 0.3 | 0.5 | 0.3 |
| 机械效率η | 74.1 | | |

(1) 甲 乙 57.1% 83.3%
(2) 越低
(3) 增加钩码的重

【分析】
要解决这道题，需分三步思考：①判断实验对应的滑轮组：根据滑轮组中绳端移动距离s与钩码上升高度h的关系s=nh，计算绳子段数n，结合甲、乙装置的n值确定实验对应的图；②计算机械效率：利用机械效率公式η=W有用/W总=Gh/(Fs)，代入对应数据计算空白处的机械效率；③分析实验结论：对比实验数据，找出变量，结合机械效率的影响因素得出结论。
【解析】
（1）判断实验对应的装置：根据滑轮组关系s=nh，计算绳子段数n：
实验1中，n₁=s₁/h₁=0.3m/0.1m=3；实验2中，n₂=s₂/h₂=0.5m/0.1m=5。通常甲装置的绳子段数为3，乙装置为5，因此实验1用甲图，实验2用乙图。
计算机械效率：机械效率公式η=W有/W总=Gh/(Fs)
实验2的机械效率：η₂=(G₂h₂)/(F₂s₂)=(4N×0.1m)/(1.4N×0.5m)=0.4J/0.7J≈57.1%；
实验3的机械效率：η₃=(G₃h₃)/(F₃s₃)=(6N×0.1m)/(2.4N×0.3m)=0.6J/0.72J≈83.3%。
（2）对比实验1和2：提升的重物G相同，实验2动滑轮个数更多，机械效率更低，因此结论：使用不同滑轮组，提升相同重物时，动滑轮个数越多，机械效率越低。
（3）对比实验1和3：使用同一滑轮组（n相同），提升的钩码越重，机械效率越高，因此结论：使用同一滑轮组，增加钩码的重，可以提高机械效率。
【答案】
(1) 甲 乙 57.1% 83.3%
(2) 越低
(3) 增加钩码的重
【知识点】
滑轮组机械效率、滑轮组绳子段数计算
【点评】
本题为滑轮组机械效率的基础实验题，核心考查机械效率公式的应用及实验数据的分析能力，需掌握s=nh的关系和机械效率的影响因素，难度适中，适合巩固基础知识点。
【难度系数】
0.5

3. 小明利用斜面搬运物体的过程中，提出了一个问题：“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系？”针对这个问题，他通过在斜面上拉动物体进行了探究（如图所示），测得的实验数据如表中所示：

| 实验序号 | 斜面倾斜程度 | 物体重力$G$/N | 物体上升高度$h$/m | 沿斜面拉力$F$/N | 物体移动距离$s$/m | 有用功$W_{有}$/J | 总功$W_{总}$/J | 机械效率$\eta$/% |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 1 | 较缓 | 5.0 | 0.10 | | 0.50 | 0.50 | 0.80 | 63 |
| 2 | 较陡 | 5.0 | 0.15 | 2.2 | 0.50 | 0.75 | 1.10 | 68 |
| 3 | 最陡 | 5.0 | 0.25 | 3.1 | 0.50 | | 1.55 | |
（1）沿斜面拉动物体时，应使其做运动。
（2）根据表中的数据可求出第3次实验中拉力所做的有用功为J，机械效率是。
（3）通过对上述实验数据的分析可知，斜面的省力情况与斜面倾斜程度的关系是：斜面越缓，越。
（4）通过对上述实验数据的分析，对斜面机械效率的问题可获得的初步结论是：在其他条件不变的情况下，。

(1) 匀速直线
(2) 1.25 81%
(3) 省力
(4) 斜面越陡，机械效率越高

【分析】
本题围绕斜面机械效率的探究实验展开，需结合实验原理、功和机械效率的计算公式，分析实验数据得出结论。（1）沿斜面拉动物体时，为保证拉力测量准确，需让物体做匀速直线运动；（2）利用有用功公式$W_{有}=Gh$、总功公式$W_{总}=Fs$、机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%$计算第3次实验的相关量；（3）通过对比不同倾斜程度下的拉力大小，分析省力情况；（4）对比不同倾斜程度的机械效率，总结机械效率与倾斜程度的关系。
【解析】
（1）沿斜面拉动物体时，若物体做变速运动，弹簧测力计示数不稳定，无法准确测量拉力大小，因此应使其做匀速直线运动。
（2）第3次实验中，有用功$W_{有}=Gh=5.0N×0.25m=1.25J$；总功$W_{总}=1.55J$，机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{1.25J}{1.55J}×100\%\approx81\%$。
（3）计算第1次实验的拉力：$F_1=\frac{W_{总1}}{s}=\frac{0.80J}{0.50m}=1.6N$，对比第2次（2.2N）、第3次（3.1N）的拉力，可知斜面越缓，拉力越小，越省力。
（4）分析实验数据：较缓时机械效率63%，较陡时68%，最陡时81%，因此在其他条件不变时，斜面越陡，机械效率越高。
【答案】
(1) 匀速直线
(2) 1.25；81%
(3) 省力
(4) 斜面越陡，机械效率越高
【知识点】
斜面的机械效率、功的计算、机械效率的计算
【点评】
本题为斜面机械效率的基础探究实验题，重点考查有用功、总功及机械效率的计算，以及通过实验数据归纳结论的能力，是力学实验中的常见题型，难度适中。
【难度系数】
0.6