Question

4．小明在“測(cè)滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，用如圖1所示的滑輪組進(jìn)了三次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	物重G/N	物體上升的高度h/cm	測(cè)力計(jì)的示數(shù)F/N	測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離s/cm
1	6	3	2.5	9
2	6	5	2.5	17
3	6	8	2 5	24

（1）分析表中數(shù)據(jù)，回答以下問(wèn)題：表中有一個(gè)數(shù)據(jù)的記錄是錯(cuò)誤的，錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)是17．滑輪組的機(jī)械效率與物體被提升的高度無(wú)關(guān)．
（2）小紅在小明實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上多使用一個(gè)滑輪也做了實(shí)驗(yàn)，如圖2所示．
小紅多使用一個(gè)滑輪，目的是為了改變用力方向；當(dāng)這兩位同學(xué)使用各自的滑輪組把相同的重物提升相同高度時(shí)，若忽略繩重及摩擦，它們所用滑輪組的機(jī)械效率相同（選填“相同”或“不相同”）．
（3）小強(qiáng)則用圖3所示的裝置勻速提升鉤碼，并做了如下實(shí)驗(yàn)記錄

鉤碼重G（N）	鉤碼上升高度h（m）	測(cè)力計(jì)拉力F（N）	測(cè)力計(jì)移動(dòng)距離s（m）
2	0.1	0.4	0.3

如果你對(duì)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)記錄進(jìn)行有關(guān)分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是違背物理規(guī)律的，其表現(xiàn)在于：機(jī)械效率超過(guò)100%．圖4是測(cè)力計(jì)的放大圖．結(jié)合圖你會(huì)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果違背物理規(guī)律的原因．其原因是測(cè)力計(jì)拉力讀數(shù)錯(cuò)誤（或看錯(cuò)測(cè)力計(jì)分度值）．
糾正錯(cuò)誤后，可計(jì)算該滑輪組的機(jī)械效率為83.3%．

Answer 1

分析 （1）①由實(shí)驗(yàn)1、3可判斷出測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離與物體上升的高度的關(guān)系；
②根據(jù)公式根據(jù)公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$可求出機(jī)械效率；
③根據(jù)公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{nG}{F}$可知機(jī)械效率與物體上升的高度無(wú)關(guān)；
（2）滑輪組設(shè)計(jì)原則可歸納為：奇動(dòng)偶定；一動(dòng)配一定，偶數(shù)減一定，變向加一定；計(jì)算滑輪組的機(jī)械效率時(shí)，若忽略繩重及摩擦，則額外功就是提升動(dòng)滑輪所做的功．
（3）①機(jī)械效率是有用功占總功的比值，是永遠(yuǎn)小于1的；
②仔細(xì)觀察圖中彈簧測(cè)力計(jì)的分度值，便可找出答案；
③根據(jù)公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}(cāng)}$可計(jì)算出機(jī)械效率的大�。�

解答 解：（1）①動(dòng)滑輪被3根繩子承擔(dān)，拉力移動(dòng)的距離就是物體和動(dòng)滑輪移動(dòng)距離的3倍，因此第2組中17cm應(yīng)為15cm；
②第3次實(shí)驗(yàn)中滑輪組的機(jī)械效率：η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}(cāng)}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{6N×8cm}{2.5N×24cm}$×100%=80%；
③第1次實(shí)驗(yàn)中滑輪組的機(jī)械效率：η₁=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}(cāng)}$×100%=$\frac{{G}_{1}{h}_{1}}{{F}_{1}{s}_{1}}$×100%=$\frac{6N×3cm}{2.5N×9cm}$×100%=80%；與第3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相同，因此機(jī)械效率與物體上升的高度無(wú)關(guān)；
（2）①定滑輪的作用是改變用力的方向；
②這兩位同學(xué)使用各自的滑輪組提升相同的重物時(shí)，若忽略繩重及摩擦，他們做的有用功相同，額外功也一樣，因此總功相同，也就是機(jī)械效率不變．
（3）由表格中數(shù)據(jù)可知，滑輪組的機(jī)械效率η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{2N×0.1m}{0.4N×0.3m}$×100%≈167%；
實(shí)驗(yàn)1中機(jī)械效率為167%，這顯然是違背物理規(guī)律的，正確情況下機(jī)械效率應(yīng)該是小于1的；
②圖甲中彈簧測(cè)力計(jì)的分度值為0.2N，其示數(shù)為0.8N；
③η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{2N×0.1m}{0.8N×0.3m}$×100%≈83.3%．
故答案為：（1）17；物體被提升的高度；（2）用力方向；相同；（3）機(jī)械效率超過(guò)100%；測(cè)力計(jì)拉力讀數(shù)錯(cuò)誤（或看錯(cuò)測(cè)力計(jì)分度值）；83.3%．

點(diǎn)評(píng) 滑輪組的機(jī)械效率和物體重、動(dòng)滑輪重有關(guān)，如果動(dòng)滑輪重不變，物體越重，機(jī)械效率越高；如果物體重不變，動(dòng)滑輪越重，機(jī)械效率越低．
要是考慮繩重和摩擦力的話，繩重和動(dòng)滑輪重都屬于機(jī)械本身重力，摩擦力越大也會(huì)使吊起同樣重的物體時(shí)使用的拉力越大，使機(jī)械效率降低，總的說(shuō)，滑輪組的機(jī)械效率與物體重力、摩擦力、機(jī)械本身重力有關(guān)．要提高機(jī)械效率，應(yīng)盡量減小摩擦和機(jī)械本身重力的同時(shí)，最大限度的增加被吊物體重力．