4. 某同学用如图所示的实验装置测量滑轮组的机械效率,相关数据记录在表中。


(1) 实验时,用手拉动弹簧测力计,使挂在动滑轮下的钩码匀速上升。
(2) 第 2 次实验中,钩码上升的速度为0.05 m/s,则拉力的功率为W。静止时拉力F(填“＞”“＜”或“=”)2.5 N。
(3) 第 3 次实验中,拉力做功为J,滑轮组的机械效率为。
(4) 分析比较第 1、2 两次实验数据,滑轮组的机械效率$\eta_1$(填“＞”“=”或“＜”)$\eta_2$,由此可知,可采用的方法来提高滑轮组的机械效率。
(5) 分析第 2、3 两次实验数据,说明滑轮组的机械效率与无关。

4. (1) 匀速竖直向上 (2) 0.375 ＜ (3) 1.125 80% (4) ＜ 增加物重 (5) 重物被提升的高度 提示:(2) 第2次实验时拉力的功率$P=\dfrac{W}{t}=\dfrac{Fs}{t}=Fv=Fnv_{物}=2.5\ \mathrm{N}×3×0.05\ \mathrm{m/s}=0.375\ \mathrm{W}$。静止时没有摩擦力，拉力等于钩码和动滑轮重力的$\dfrac{1}{3}$，拉力小于2.5 N。(3) 第3次测量中，$s_3=nh_3=3×0.15\ \mathrm{m}=0.45\ \mathrm{m}$，$W_{总}=F_3s_3=2.5\ \mathrm{N}×0.45\ \mathrm{m}=1.125\ \mathrm{J}$，$\eta_3=\dfrac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%=\dfrac{Gh_3}{F_3s_3}×100\%=\dfrac{6\ \mathrm{N}×0.15\ \mathrm{m}}{2.5\ \mathrm{N}×0.45\ \mathrm{m}}×100\%=80\%$，同理可求得$\eta_1\approx74\%$，$\eta_2=80\%$。(4) 两次所用滑轮组相同，$G_1＜G_2$，$\eta_1＜\eta_2$，即使用同一滑轮组，增加物重可提高机械效率。(5) 分析第2、3两次实验数据知，使用同一滑轮组，提升相同的重物，提升高度不同，机械效率相同，说明滑轮组的机械效率与重物被提升的高度无关。

【分析】
这是一道测量滑轮组机械效率的常规实验题，我们可以按小问顺序逐步梳理思路：
1. 第一问回忆实验操作规范：只有匀速竖直向上拉动弹簧测力计时，钩码匀速上升，系统处于平衡状态，弹簧测力计的示数才等于拉力大小，读数准确。
2. 第二问先确定该滑轮组承担物重的绳子段数n=3，绳子自由端移动速度是物体上升速度的n倍，利用P=Fv的推导公式直接计算拉力的功率；静止时滑轮和绳子之间没有相对运动，不存在摩擦力，不需要克服摩擦做功，因此拉力会小于匀速拉动时的2.5N。
3. 第三问先根据s=nh算出绳子自由端移动的距离，再用W总=Fs计算拉力做的总功；接着用W有=Gh算出有用功，代入机械效率公式η=W有/W总×100%算出效率。
4. 第四问对比1、2两次实验，滑轮组完全相同，只有提升的钩码物重不同，算出两次效率后可知物重越大效率越高，因此可以通过增加物重的方法提升同一滑轮组的机械效率。
5. 第五问对比2、3两次实验，物重相同，提升的高度不同，最终机械效率一致，即可得出对应的无关变量。
【解析】
(1) 实验时需保持系统受力平衡，因此要用手匀速竖直向上拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮下的钩码匀速上升，保证弹簧测力计示数稳定，测量结果准确。
(2) 由装置可知承担物重的绳子段数n=3，绳子自由端移动速度v绳=nv物=3×0.05m/s=0.15m/s，拉力的功率P=Fv绳=2.5N×0.15m/s=0.375W；静止时滑轮与绳之间无滑动摩擦力，拉力不需要额外克服摩擦，因此拉力小于匀速拉动时的2.5N。
(3) 第3次实验中，钩码上升高度h3=0.15m，绳子自由端移动距离s3=nh3=3×0.15m=0.45m，拉力做功W总=F3s3=2.5N×0.45m=1.125J；有用功W有=Gh3=6N×0.15m=0.9J，机械效率η=W有/W总×100%=0.9J/1.125J×100%=80%。
(4) 计算可得第1次实验效率约为74%，第2次为80%，因此η1＜η2；同一滑轮组，物重越大，有用功占总功的比例越高，因此可采用增加物重的方法提高滑轮组的机械效率。
(5) 第2、3两次实验中，提升物重相同，提升高度不同，机械效率均为80%，说明滑轮组的机械效率与重物被提升的高度无关。
【答案】
(1) 匀速竖直向上 (2) 0.375 ＜ (3) 1.125 80% (4) ＜ 增加物重 (5) 重物被提升的高度
【知识点】
滑轮组机械效率测量，功率计算，机械效率影响因素
【点评】
本题是滑轮组机械效率实验的经典考题，覆盖了实验操作要点、功与功率的计算、机械效率计算、控制变量法探究影响效率的多个考点，易错点是静止时拉力大小的判断，需要注意运动时需要克服滑轮轴的摩擦，静止时无摩擦拉力更小。
【难度系数】
0.7

5. 在“探究串联电路的电压规律”的实验中，小亮同学设计了如图甲所示的电路。

（1）在测$\mathrm{L}_{1}$两端电压时，闭合开关，发现电压表指针如图乙所示，接下来他应该进行的操作是。
（2）正确操作后，用电压表测$\mathrm{L}_{2}$两端的电压，连接电路如图丙所示，请你在连错的导线上画“$×$”，并用笔画线代替导线将电路连接正确。
（3）正确连接好电路后，小亮选用不同的灯泡，准备进行三次实验，为了节省时间，同组的同学建议小亮利用原来的电路图，在测灯$\mathrm{L}_{2}$两端的电压时，电压表所接的$B$接点不动，只断开$A$接点，并把接线改接到$C$接点上，这个方法（填“能”或“不能”）测出灯$\mathrm{L}_{2}$两端的电压，理由是。
（4）正确操作并记录下表中的数据。分析数据可得出结论：串联电路中电源两端的电压（填“大于”“小于”或“等于”）串联电路中各部分电路两端的电压之和。

（5）本实验中进行多次测量的目的是。

5. (1) 断开开关，调换电压表正负接线柱上的导线 (2) 如图所示 (3) 不能 电压表正负接线柱接反 (4) 等于 (5) 使结论具有普遍性 提示:(1) 闭合开关后，电压表指针向左偏，说明电压表正负接线柱接反了，应断开开关，调换电压表正负接线柱上的导线。(3) 测L₂两端的电压时，电压表所接的B接点不动，只断开A接点，并把接线改接到C接点上，此时电压表的正负接线柱接反了，无法测出L₂两端的电压。(4) 由表格数据知，$U_{AC}=U_{AB}+U_{BC}$，可得出结论。(5) 为了使结论具有普遍性，应选用不同规格的灯泡进行多次实验。

【分析】
我们可以逐问梳理解题思路：
1. 第一问：看到电压表指针反向偏转，首先回忆电压表的使用规则，指针反向偏转说明电流从负接线柱流入、正接线柱流出，也就是正负接线柱接反了，此时不能直接带电操作，要先断开开关，再调整接线。
2. 第二问：测量L₂两端电压，核心要求是电压表必须并联在L₂两端，同时满足电流从电压表正接线柱进、负接线柱出，找到图丙中错误的连线打叉，再补画正确的并联连线即可。
3. 第三问：分析改接导线后的电流流向，判断电压表的接线是否符合“正进负出”的要求，就能得出操作是否可行的结论。
4. 第四问：对照表格里的三组实验数据，分别计算每组L₁和L₂的电压之和，对比总电压，就能对应串联电路的电压规律得出答案。
5. 第五问：明确本实验是探究规律类实验，和测量定值电阻阻值这类求平均值减小误差的实验不同，多次实验的目的是避免偶然性。
【解析】
（1）图乙中电压表指针向左反向偏转，说明电压表正负接线柱接反了，接下来需要断开开关，调换电压表正负接线柱上的导线，保证电流正进负出。
（2）原电路中电压表错误并联在电源两端，需要将电压表改接为并联在L₂两端，保证正负接线柱接线正确，错误导线上打叉后补画正确连线即可。
（3）将电压表B接点不动，断开A接点改接到C接点上后，电流会从电压表的负接线柱流入、正接线柱流出，电压表正负接线柱接反，指针反向偏转无法正常读数，因此不能测出L₂两端的电压。
（4）分析表格三组数据，每组数据都满足电源总电压U_AC = U_AB + U_BC，因此串联电路中电源两端的电压等于各部分电路两端的电压之和。
（5）本实验是探究串联电路的电压普遍规律，多次更换不同规格灯泡重复实验，是为了排除单次实验的偶然性，让得到的结论适用于所有串联电路场景。
【答案】
(1) 断开开关，调换电压表正负接线柱上的导线 (2) 如图所示 (3) 不能 电压表正负接线柱接反 (4) 等于 (5) 使结论具有普遍性
【知识点】
电压表的使用；串联电路电压规律；探究实验多次测量的目的
【点评】
本题是串联电路电压规律实验的经典基础考题，覆盖了电压表操作纠错、电路改接、操作合理性评估、规律总结等核心考点，易错点是第三问的接线反接判断，以及区分探究类实验和测量类实验多次测量的不同作用，整体侧重对实验操作细节的理解。
【难度系数】
0.7