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問題39. 如何測量滑輪組的機械效率？
◇學生提問
小文同學在“測定滑輪組機械效率”的實驗中，用如圖所示的裝置勻速吊起鉤碼，并記錄了如下實驗數據：
根據實驗數據，小文同學計算機械效率的過程如下：
有用功： W有用=(G1+G2)h=(4十0.4) ×0.1J=0.44J
總功：W總=FS= 1. 6 ×0.3J=0. 48J
機械效率：
答：當勻速吊起4N重的鉤碼時，該滑輪組的機械效率約為91.7％。
小文同學的計算過程是否正確？如有錯誤，請在下方空白處寫出錯誤之處，并對滑輪組的機械效率作出正確解答。
老師，該題的計算過程哪個環節出了錯，應當怎樣測量滑輪組的機械效率？
◇問題探究
測量滑輪組機械效率的原理（重要性：★★）
老師：別急，機械效率的測量其實很簡單，你想想測量滑輪組機械效率的原理是什么？
學生：我認為測量滑輪組機械效率的原理就是機械效率的計算公式！由這一原理可知，要測量滑輪的機械效率，就得計算出所做的有用功和總功。
測量機滑輪組機械效率的所用的測量工具（重要性：★★★）
老師：那測量滑輪組的機械效率，需要測量哪些物理量？用到哪些器材？
學生：根據公式可知，計算有用功需要測量出物體的重力和物體提升的高度；根據可知，計算總功要測量出拉力和繩子移動的距離。
其中測量物體的重力和拉力要用到彈簧測力計；測量物體提升的高度和繩子移動的距離要用到刻度尺。
測量物重和拉力的方法（重要性：★★★★）
老師：我們在做測量滑輪組機械效率的實驗時，提升的物體是鉤碼？那你認為應該怎樣測量物體的重力和拉力？
學生：我認為，由于每個標準鉤碼的重力都相等，可以在組裝滑輪組之前，用彈簧測力計先測出一個鉤碼的重力，則根據所提鉤碼的個數就能知道物體的重力了。
拉力的測量，可以將繩子的末端系在彈簧測力計的掛鉤上，最簡單的辦法就是將鉤碼提到某一高度靜止下來讀數，這樣好讀。
老師，您說對嗎？
老師：物重的測量你用的方法很好，但拉力的測量你忽略了一個問題：靜止時測量拉力，此時繩子與滑輪、滑輪與軸之間存在摩擦力嗎？這樣準確嗎？
學生：我想想，重物在上升過程中繩子與滑輪、滑輪與軸之間存在摩擦力，如果靜止時這些摩擦力是不存在，那我測量的拉力要小于重物上升過程中的拉力，是不準確。
老師，我明白怎么測量拉力了，我不用您提醒還想到了兩個要點呢！
老師：說說讓我聽聽？
學生：測量拉力時應該用彈簧測力計拉著繩子豎直向上或豎直向下勻速運動，如果不勻速，所用的拉力大小會不斷變化！
測量鉤碼上升高度和繩子移動距離的方法（重要性：★★★★）
老師：說得非常好！那你再想想，怎樣測量鉤碼上升的高度和繩子移動的距離呢？
學生：我覺得測量上升高度和移動距離，只要分別明確出鉤碼和繩子開始運動的起點和后來的終點，就能用刻度尺測量出來了。
以右圖為例來說明吧：可以事先在長直尺上貼上長紙條，以鉤碼的下端為參照點，在紙上用鉛筆標出起點；在末段繩子靠下的位置系上個標志經當參照點，也在紙上標出起點；
在勻速提升過程中讀出拉力后，再分別把兩個參照點的位置在紙上標出就行了！
老師：你想的辦法非常好！這就是測量滑輪組機械效率的一般方法。
你再想想，繩子移動的距離與鉤碼上升的高度之間有何數量關系？你不用帶入具體數值，用這些物理量符號來算算機械效率，看看有什么啟示？
測量滑輪組機械效率的簡化（重要性：★★★）
學生：；那
哦，看來繩子移動的距離和物體上升的高度不影響滑輪組的機械效率！這一實驗能簡化為只測量拉力和物重即可！
老師：呵呵，你別說，這種簡化法，考試還經常考呢！
◇學生筆記
測量滑輪組樞機效率的方法：可簡化為只在物重和重物勻速上升時測量出拉力，利用推導公式求出。
◇要點訓練
1. 某實驗小組在測滑輪組機械效率的實驗中得到的數據如表所示，實驗裝置如圖所示。
(1)從表中數據可分析出實驗1是用＿＿圖做的實驗，實驗2是用＿＿圖做的實驗。
(2)通過實驗1和實驗2的數據分析可得出結論：使用不同的滑輪組提升相同的重物時．動滑輪的個數越多，滑輪組的機械效率＿＿＿＿＿。
實驗次數
物理量
l
2
3
鉤碼重G／N
4
4
6
鉤碼上升高度
h／m
0.1
0.1
0.1
繩端拉力F／N
1.8
1.4
2.4
繩端移動距離
s／m
0.3
0.5
0.3
機械效率η
74％
57％
83％
(3)比較實驗1和實驗3可得結論：使用同一滑輪組，＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿可以提高滑輪組的機械效率。
答案：（1）甲、乙；（3）越低（越小）；（3）增加提升重物的重力
解析：（1）判斷所用的是哪個滑輪組，可以通過計算繩端移動的距離與鉤碼上升高度的比來獲知有幾段繩子吊著物體。
（2）由可知，鉤碼重一定，動滑輪的個數越多，拉力就會越大，因此機械效率就會越小。
（3）同一滑輪組，所做的額外功是一定的，提升的重物越重，有用功的比例就會越大，機械效率就會越高。
2.用一個定滑輪和一個動滑輪組裝滑輪組有兩種繞線方法。聰聰和明明各選取一種方法做實驗。（1）聰聰采用了如圖甲所示的繞線方法組裝滑輪組。他通過滑輪組用2N的拉力F將重4.2N的物體勻速提升了0.1m的距離，則有用功為　　　J，此滑輪組的機械效率是　　　。
（2）明明采取了另一種繞線方法組裝滑輪組，請幫助明明在圖乙中畫出滑輪組的繞線。
答案：0.42， 70%， 繞線見右圖
解析：
3.某實驗小組在“測滑輪組機械效率”的實驗中得到的數據如下表所示，第1、2、3次實驗裝置分別如圖中的甲、乙、丙所示。
(1)比較第1次實驗和第2次實驗，可得結論：使用同樣的滑輪組，提起的鉤碼越重，滑輪組的機械效率越 。
(2)第3次實驗中所做的有用功是 J，機械效率是
(3)第3次實驗中動滑輪個數比第2次實驗多，動滑輪自重增大，對動滑輪所做的額外功 (選填“增大”或“減小”)，因而，由第2、3次實驗可知：滑輪組的機械效率與動滑輪自重大小有關。
(4)綜合上述結論，提高機械效率的方法有增大有用功， 額外功(選填“增大”或“減小”)。
答案：(1)高； (2)0.4J 72.7%； (3)增大； (4)減小

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