20. (12分)在“探究定滑轮和动滑轮的特点”实验时,小明用同一个滑轮做了四次实验,前两次按图甲、乙进行,后两次按图甲、丙进行,并将测得的数据记录在下表中：
|实验序号|钩码重G/N|钩码上升的高度h/cm|拉力F/N|绳子自由端移动的距离s/cm|
|1|1.0|20.0|1.0|20.0|
|2|2.0|20.0|2.0|20.0|
|3|1.0|20.0| |40.0|
|4|2.0|20.0|1.2|40.0|

(1)表格中第三次实验的拉力F应为N。
(2)分析第1、2次的数据,可以得出结论：使用定滑轮(选填“能”或“不能”)省距离；用图乙进行实验时,若小明将绳子的自由端沿着水平向右的方向匀速拉动,拉力的大小将(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)用图丙进行实验时,最好沿方向匀速拉动绳子自由端；分析第3、4次数据时发现,拉力的大小总比钩码重力的一半要大,这主要是因为。
(4)在本实验中进行了多次实验,目的是。
A. 从多次实验中选取最准确的数据
B. 从特殊现象中得到普遍规律
C. 利用控制变量法

（1）0.7 （2）不能 不变 （3）竖直 动滑轮自身受到重力 （4）B

【分析】
1. 第(1)问：先根据绳子自由端移动距离和钩码上升高度的关系（$s=2h$）判断出第三次实验使用的是动滑轮，结合第4次实验数据算出动滑轮自重，再利用动滑轮拉力公式$F=\frac{G_{物}+G_{动}}{2}$计算第三次的拉力。
2. 第(2)问：对比第1、2次实验中$h$和$s$的数值，判断定滑轮是否省距离；根据定滑轮“只能改变力的方向，不改变力的大小”的特点，分析水平拉动时拉力的变化。
3. 第(3)问：明确动滑轮沿竖直方向拉动的优势（减小额外摩擦）；从动滑轮自身重力的角度，解释拉力大于钩码重力一半的原因。
4. 第(4)问：区分多次实验的不同目的，本实验多次实验是为了避免偶然性，总结普遍规律。
【解析】
(1) 由第3次实验数据$s=40.0cm$、$h=20.0cm$可知$s=2h$，说明使用的是动滑轮。根据第4次实验数据计算动滑轮自重：
$G_{动}=2F_{4}-G_{4}=2×1.2N - 2.0N=0.4N$
则第3次实验的拉力：
$F_{3}=\frac{G_{3}+G_{动}}{2}=\frac{1.0N+0.4N}{2}=0.7N$
(2) 分析第1、2次数据，钩码上升高度$h$和绳子自由端移动距离$s$相等，可知使用定滑轮不能省距离；定滑轮的特点是只能改变力的方向，不改变力的大小，因此将绳子自由端沿水平向右匀速拉动时，拉力大小不变。
(3) 用图丙（动滑轮）进行实验时，最好沿竖直方向匀速拉动绳子自由端，这样能使力的方向与绳子方向一致，减小额外摩擦；拉力总比钩码重力的一半大，是因为动滑轮自身受到重力，拉力需要同时克服钩码重力和动滑轮重力。
(4) 本实验多次实验是为了避免实验偶然性，从特殊现象中得到普遍规律，故选B。
【答案】
(1) 0.7
(2) 不能；不变
(3) 竖直；动滑轮自身受到重力
(4) B
【知识点】
定滑轮的特点；动滑轮的特点；实验探究的方法
【点评】
本题通过实验探究定滑轮和动滑轮的特点，考查了对实验数据的分析能力，以及对动滑轮、定滑轮工作原理的理解，同时明确了多次实验的目的，注重对实验探究能力的考查。
【难度系数】
0.6

21. (12分)用如图所示装置测量滑轮组的机械效率,部分实验数据如下表：

|实验次数|钩码所受的重力G/N|钩码上升高度h/cm|绳自由端施加的拉力F/N|绳自由端移动的距离s/cm|机械效率η|
|1|2.0|5|1.0|15|66.7%|
|2|4.0|5|1.8|15|74.1%|
|3|4.0|10|1.8|30|74.1%|
|4|6.0|5|2.5|15| |

(1)实验时应沿竖直方向向上拉动弹簧测力计。
(2)第4次实验时所做的有用功为J,滑轮组的机械效率η=。
(3)分析第1、2、4次实验的数据可知,使用同一滑轮组提升重物时,重物所受重力越(选填“大”或“小”),滑轮组的机械效率越高；分析第2、3次实验的数据可知,滑轮组的机械效率与钩码上升的高度(选填“有关”或“无关”)。
(4)用滑轮组提升重物时,下列选项中可提高机械效率的是。
A. 换用更轻的动滑轮
B. 加快提升物体的速度

（1）匀速 （2）0.3 80% （3）大 无关 （4）A

【分析】
（1）实验中为使弹簧测力计示数稳定，等于拉力的真实值，需沿竖直方向匀速向上拉动弹簧测力计，此时滑轮组处于平衡状态，拉力与阻力相互平衡。
（2）有用功是对钩码做的功，根据公式$W_{有}=Gh$计算，注意单位换算；机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%$，总功$W_{总}=Fs$，代入对应数据即可算出结果。
（3）对比第1、2、4次实验，控制钩码上升高度和绳端移动距离相同，观察钩码重力变化时机械效率的变化规律；对比第2、3次实验，控制钩码重力相同，改变钩码上升高度，根据机械效率的相同情况判断其与上升高度的关系。
（4）提高滑轮组机械效率的核心是增大有用功占总功的比值，换用更轻的动滑轮可减少额外功，提升速度不影响有用功和总功的比值，据此分析选项。
【解析】
（1）实验时应沿竖直方向匀速向上拉动弹簧测力计，此时拉力与滑轮组受到的阻力平衡，弹簧测力计示数稳定，能准确测量拉力大小。
（2）第4次实验中，钩码重力$G=6.0N$，上升高度$h=5cm=0.05m$，有用功：
$W_{有}=Gh=6.0N×0.05m=0.3J$；
绳自由端拉力$F=2.5N$，移动距离$s=15cm=0.15m$，总功：
$W_{总}=Fs=2.5N×0.15m=0.375J$；
机械效率：
$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{0.3J}{0.375J}×100\%=80\%$。
（3）分析第1、2、4次实验数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物所受重力越大，滑轮组的机械效率越高；分析第2、3次实验数据可知，钩码重力相同，上升高度不同但机械效率相同，说明滑轮组的机械效率与钩码上升的高度无关。
（4）A选项：换用更轻的动滑轮，额外功减少，有用功与总功的比值增大，机械效率提高；B选项：加快提升物体的速度，有用功和总功的比值不变，机械效率不变。故选A。
【答案】
（1）匀速
（2）0.3；80%
（3）大；无关
（4）A
【知识点】
滑轮组机械效率测量；有用功与总功计算；机械效率影响因素
【点评】
本题围绕滑轮组机械效率的测量展开，涵盖实验操作要求、功和机械效率的计算、机械效率影响因素的分析，重点考查对机械效率公式的理解及实验数据的分析能力，是力学实验的典型题型。
【难度系数】
0.7