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实验班原创 探究影响滑轮组机械效率的因素 提高机械效率可充分发挥机械设备的作用，对节能减排、提高经济效益有重要意义. 某科技创新小组根据生活经验，对影响滑轮组机械效率的因素作出如下猜想.
猜想1： 滑轮组的机械效率与承担动滑轮重和物重的绳子股数有关.
猜想2： 提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高.
猜想3： 物体提升的高度越高，滑轮组的机械效率越高.
小李利用如图所示的甲、乙滑轮组进行探究，每个滑轮质量相等，实验得到的数据如表所示.
【原理设问】
(1)本实验中用到的测量工具有弹簧测力计和
【操作设问】
(2)实验过程中，应在竖直方向上缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高时做
(3)第3次实验数据是用滑轮组
【现象设问】
(4)分析第
【能力设问】
(5)物理学中把机械对重物施加的力与人对机械施加的拉力的比值叫作机械效益$MA$，用于比较不同机械的省力程度. 现用图甲所示滑轮组匀速提升重物，不计绳重和摩擦. 则下列描述滑轮组的机械效率$\eta$与机械效益$MA$、机械效益$MA$与物体重力$G$ 的关系图线中，可能正确的是
【创新设问】
(6)小明想更省力，他只改变了滑轮组的绕线方法，滑轮组的机械效率将
(7)实验后小明想：对于同一个滑轮组，它的机械效率是否不变呢？思考后他认为即使像图丙那样已绕好的滑轮组，机械效率也不是固定的，还应该与
(8)如图丙所示，若钩码的总重为4 N，经正确操作，测得图丁中$A$点处的滑轮组的机械效率是
链接更多好题
实验21 测量滑轮组的机械效率
内容选自《实验班 初中物理实验题》
猜想1： 滑轮组的机械效率与承担动滑轮重和物重的绳子股数有关.
猜想2： 提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高.
猜想3： 物体提升的高度越高，滑轮组的机械效率越高.
小李利用如图所示的甲、乙滑轮组进行探究，每个滑轮质量相等，实验得到的数据如表所示.
【原理设问】
(1)本实验中用到的测量工具有弹簧测力计和
刻度尺
.【操作设问】
(2)实验过程中，应在竖直方向上缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高时做
匀速
运动.(3)第3次实验数据是用滑轮组
甲
(填“甲”或“乙”)做的实验，实验中所做的有用功为0.04
J，滑轮组的机械效率是66.7%
(保留到0.1%).【现象设问】
(4)分析第
1和3
次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与承担动滑轮重和物重的绳子股数无关. 分析以上实验数据，发现使用同一滑轮组，提升物体越重，机械效率越高
.【能力设问】
(5)物理学中把机械对重物施加的力与人对机械施加的拉力的比值叫作机械效益$MA$，用于比较不同机械的省力程度. 现用图甲所示滑轮组匀速提升重物，不计绳重和摩擦. 则下列描述滑轮组的机械效率$\eta$与机械效益$MA$、机械效益$MA$与物体重力$G$ 的关系图线中，可能正确的是
A
.【创新设问】
(6)小明想更省力，他只改变了滑轮组的绕线方法，滑轮组的机械效率将
不变
.(7)实验后小明想：对于同一个滑轮组，它的机械效率是否不变呢？思考后他认为即使像图丙那样已绕好的滑轮组，机械效率也不是固定的，还应该与
提升的物体重
有关，并用实验验证了自己的猜想是正确的. 小明的实验方法是在滑轮组下方挂不同数量的钩码分别测出滑轮组的机械效率并比较
.(8)如图丙所示，若钩码的总重为4 N，经正确操作，测得图丁中$A$点处的滑轮组的机械效率是
80
%. (忽略绳重和摩擦)链接更多好题
实验21 测量滑轮组的机械效率
内容选自《实验班 初中物理实验题》
答案
(1)刻度尺
(2)匀速
(3)甲 0.04 66.7%
(4)1和3 高
(5)A
(6)不变
(7)提升的物体重 在滑轮组下方挂不同数量的钩码分别测出滑轮组的机械效率并比较
(8)80
[解析](1)实验中应测量物体上升的距离和绳自由端移动的距离,故还需的测量工具为刻度尺. (2)实验过程中,应在竖直方向上缓慢拉动弹簧测力计,使钩码匀速升高.使弹簧测力计处于平衡状态,利用二力平衡的原理. (3)由表中数据可知,第3次实验绳自由端移动距离是物体提升高度的两倍,故滑轮组有两根绳子承担重物,是用滑轮组甲做的实验.实验中所做的有用功为$W_{有用}=Gh=2\ \mathrm{N}×0.02\ \mathrm{m}=0.04\ \mathrm{J}$,总功为$W_总=Fs=1.5\ \mathrm{N}×0.04\ \mathrm{m}=0.06\ \mathrm{J}$,滑轮组的机械效率是$\eta=\frac{W_{有用}}{W_总}×100\%=\frac{0.04\ \mathrm{J}}{0.06\ \mathrm{J}}×100\%\approx66.7\%$.
(4)要想探究滑轮组的机械效率与承担动滑轮重和物重的绳子股数是否有关,应使绳子股数不同,其他条件都相同,故应分析1和3次实验的数据.由实验数据1和2可得,使用同一滑轮组,提升物体越重,机械效率越高. (5)机械对重物施加的力与人对机械施加的力的比值叫作机械效益$MA$,即$MA=\frac{G}{F}$.不计绳重和摩擦,则$\eta=\frac{G}{nF}×100\%$,$\frac{MA}{\eta}=\frac{\frac{G}{F}}{\frac{G}{nF}}=n$,即$\eta$与$MA$成正比,故A正确,B错误.不计绳重和摩擦,则$F=\frac{1}{n}(G+G_动)$,$MA=\frac{G}{F}=\frac{G}{\frac{1}{n}(G+G_动)}=\frac{nG}{G+G_动}=\frac{n}{1+\frac{G_动}{G}}$,故$MA$与$G$的关系是一条向$MA$轴凸的曲线,故C、D错误.故选A. (6)不计摩擦及绳重,额外功的来源是克服动滑轮重力做的功,改变图中滑轮组的绕线方法,提起同一重物时,有用功$W_{有用}=Gh$,额外功$W_{额外}=G_动h$,总功$W_总=Gh+G_动h$,根据$\eta=\frac{W_{有用}}{W_总}×100\%=\frac{W_{有用}}{W_{有用}+W_{额外}}×100\%=\frac{G_物h}{G_物h+G_动h}×100\%=\frac{G_物}{G_物+G_动}×100\%$可知,滑轮组的机械效率将不变. (7)对于同一滑轮组来讲,其机械效率还应该与提升的物体重力大小有关,因为提升的物体重力越大,所做的有用功会越多.可以用同一滑轮组分别提升数量不同的钩码,测出机械效率进行比较来验证小明的想法. (8)由图丁可知,A点处动滑轮的重力$G_动=1\ \mathrm{N}$,忽略绳重和摩擦,A点处的滑轮组的机械效率是$\eta=\frac{W_{有用}}{W_总}×100\%=\frac{Gh}{Gh+G_动h}×100\%=\frac{G}{G+G_动}×100\%=\frac{4\ \mathrm{N}}{4\ \mathrm{N}+1\ \mathrm{N}}×100\%=80\%$.
(2)匀速
(3)甲 0.04 66.7%
(4)1和3 高
(5)A
(6)不变
(7)提升的物体重 在滑轮组下方挂不同数量的钩码分别测出滑轮组的机械效率并比较
(8)80
[解析](1)实验中应测量物体上升的距离和绳自由端移动的距离,故还需的测量工具为刻度尺. (2)实验过程中,应在竖直方向上缓慢拉动弹簧测力计,使钩码匀速升高.使弹簧测力计处于平衡状态,利用二力平衡的原理. (3)由表中数据可知,第3次实验绳自由端移动距离是物体提升高度的两倍,故滑轮组有两根绳子承担重物,是用滑轮组甲做的实验.实验中所做的有用功为$W_{有用}=Gh=2\ \mathrm{N}×0.02\ \mathrm{m}=0.04\ \mathrm{J}$,总功为$W_总=Fs=1.5\ \mathrm{N}×0.04\ \mathrm{m}=0.06\ \mathrm{J}$,滑轮组的机械效率是$\eta=\frac{W_{有用}}{W_总}×100\%=\frac{0.04\ \mathrm{J}}{0.06\ \mathrm{J}}×100\%\approx66.7\%$.
(4)要想探究滑轮组的机械效率与承担动滑轮重和物重的绳子股数是否有关,应使绳子股数不同,其他条件都相同,故应分析1和3次实验的数据.由实验数据1和2可得,使用同一滑轮组,提升物体越重,机械效率越高. (5)机械对重物施加的力与人对机械施加的力的比值叫作机械效益$MA$,即$MA=\frac{G}{F}$.不计绳重和摩擦,则$\eta=\frac{G}{nF}×100\%$,$\frac{MA}{\eta}=\frac{\frac{G}{F}}{\frac{G}{nF}}=n$,即$\eta$与$MA$成正比,故A正确,B错误.不计绳重和摩擦,则$F=\frac{1}{n}(G+G_动)$,$MA=\frac{G}{F}=\frac{G}{\frac{1}{n}(G+G_动)}=\frac{nG}{G+G_动}=\frac{n}{1+\frac{G_动}{G}}$,故$MA$与$G$的关系是一条向$MA$轴凸的曲线,故C、D错误.故选A. (6)不计摩擦及绳重,额外功的来源是克服动滑轮重力做的功,改变图中滑轮组的绕线方法,提起同一重物时,有用功$W_{有用}=Gh$,额外功$W_{额外}=G_动h$,总功$W_总=Gh+G_动h$,根据$\eta=\frac{W_{有用}}{W_总}×100\%=\frac{W_{有用}}{W_{有用}+W_{额外}}×100\%=\frac{G_物h}{G_物h+G_动h}×100\%=\frac{G_物}{G_物+G_动}×100\%$可知,滑轮组的机械效率将不变. (7)对于同一滑轮组来讲,其机械效率还应该与提升的物体重力大小有关,因为提升的物体重力越大,所做的有用功会越多.可以用同一滑轮组分别提升数量不同的钩码,测出机械效率进行比较来验证小明的想法. (8)由图丁可知,A点处动滑轮的重力$G_动=1\ \mathrm{N}$,忽略绳重和摩擦,A点处的滑轮组的机械效率是$\eta=\frac{W_{有用}}{W_总}×100\%=\frac{Gh}{Gh+G_动h}×100\%=\frac{G}{G+G_动}×100\%=\frac{4\ \mathrm{N}}{4\ \mathrm{N}+1\ \mathrm{N}}×100\%=80\%$.
