Question

同學們在“測量滑輪組的機械效率”時，有兩位同學的實驗過程同學們有異議，請你幫助分析和解決．
（1）一位同學的實驗操作步驟如下：
①用彈簧測力計測出物重G；
②組裝好實驗器材，如圖甲所示，拉動彈簧測力計使物體勻速上升；
③用刻度尺分別測出物體上升的高度h和繩端移動的距離s；
④在物體處于靜止狀態時，讀出彈簧測力計的示數F；
⑤根據公式算出滑輪組的機械效率．
同學們進行交流之后-致認為該同學的實驗步驟存在不合理，請你指出該
操作步驟

④

（只寫出該步驟的序號）；并說明不合理的原因及改進的方法：

原因：滑輪轉動時，滑輪與軸之間以及繩與滑輪之間存在摩擦，與靜止狀態彈簧測力計的示數不同；
改進：物體勻速上升時讀彈簧測力計的示數．

物重G/N	物體上升的高度h/m	測力計示數F/N	測力計移動的距離s/m
2	0.1	0.4	0.3

（2）另一位同學利用圖甲所示滑輪組勻速提升重物，彈簧測力計的示數如圖所示，他記錄了如下數據：
①同學們對該同學的實驗記錄進行分析，發現他的實驗結果是不符合物理規律的，其表現在：

數據中的有用功是O.2J，大于總功O.12J，或（有用功大于總功）（機械效率大于1）

．
②分析他的實驗過程，會發現導致實驗結果不符合物理規律的原因是

測力計的示數讀錯了，應改為O.8N

．
（3）解決爭議后，他們用如圖甲所示的滑輪組進行了三次實驗，實驗數據如下表：

實驗 次數	物重 G/N	物體上升的高度h/cm	測力計的示數F/N	測力計移動的距離s/cm
1	6	3	2.5	9
2	6	5	2.5	17
3	6	8	2.5	24

分析表中數據，回答以下問題：
①表中有一個數據的記錄是錯誤的，錯誤的數據是

17

；
②滑輪組的機械效率與

物體移動的距離

無關．
③圖乙多使用一個滑輪，目的是為了改變

力的方向

；
④當這兩位同學使用各甲乙滑輪組提升相同的重物時，若忽略繩重及摩擦，它們的機械效率

相同

（選填“相同”或“不相同”），理由是：

額外功和有用功都相同

．

Answer 1

分析：（1）根據影響滑輪組機械效率的因素進行解答，即有物重、動滑輪的重、繩重與摩擦；
（2）①計算一下有用功和總功的大小，根據計算結果回答；
②由圖可知因看錯了分度值，讀錯了拉力大小，讀出實際拉力大小；
（3）①由實驗1、3可判斷出測力計移動的距離與物體上升的高度的關系即可判斷2中錯誤的數據；
②根據η=

W有

W總

×100%=

Gh

Fs

×100%=

Gh

Fnh

×100%=

G

nF

×100%可知，滑輪組機械效率與物體移動距離之間的關系；
③滑輪組設計原則可歸納為：奇動偶定；一動配一定，偶數減一定，變向加一定；
④計算滑輪組的機械效率時，若忽略繩重及摩擦，則額外功就是提升動滑輪所做的功．

解答：解：（1）在實驗中影響滑輪組機械效率的因素不光有物重還有動滑輪的重、繩重與摩擦；
所以滑輪轉動時，滑輪與軸之間以及繩與滑輪之間存在摩擦，與靜止狀態彈簧測力計的示數不同；
改進：物體勻速上升時讀彈簧測力計的示數；
（2）①由表中數據知道：
W_有用=Gh=2N×0.1m=0.2J，
W_總=Fs=0.4N×0.3m=0.12J，
W_有用＞W_總，這嚴重的違背了物理規律W_有用＜W_總；
②由圖可知彈簧測力計的示數讀錯，應該是0.8N．
（3）①由實驗1、3可判斷出測力計移動的距離與物體上升的高度的3倍，因此錯誤的數據為17；
②根據η=

W有

W總

×100%=

Gh

Fs

×100%=

Gh

Fnh

×100%=

G

nF

×100%可知，滑輪組機械效率與物體的移動距離無關；
③圖乙多使用一個滑輪，目的是為了改變力的方向；
④這兩位同學使用各自的滑輪組提升相同的重物時，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，也就是機械效率不變．
故答案為：
（1）④；原因：滑輪轉動時，滑輪與軸之間以及繩與滑輪之間存在摩擦，與靜止狀態彈簧測力計的示數不同；改進：物體勻速上升時讀彈簧測力計的示數；
（2）①數據中的有用功是O.2J，大于總功O.12J，或（有用功大于總功）（機械效率大于1）；
②測力計的示數讀錯了，應改為O.8N；
（3）①17；
②物體上升的高度； 
③力的方向；
④相同；額外功和有用功都相同．

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