以下是小明同学探究“滑轮组的机械效率跟所提升物重是否有关?”的部分过程,请帮助他完成下列填空。
设计实验
实验目的:比较同一滑轮组在提升不同重物情况下的机械效率。
(1)实验原理:η= 。
(2)实验器材:滑轮组一套、轻重不同的两物块、刻度尺、 、铁架台、细线。
进行实验并收集数据
(3)用同一滑轮组先后提升不同重物,相关数据收集在下面的表格中,请将表格数据补充完整。
实验序号 | 钩码重/N | 钩码上升的高度/m | 绳端的拉力/N | 绳端移动的距离/m | 机械效率/% |
① | 4 | 0.1 | 1.8 | 0.3 | 74.1 |
② | 6 | 0.1 | 2.4 | 0.3 |
分析上表中的数据可以看出:
(4)同一滑轮组的机械效率 恒定的(填“是”或“不是”)。
(5)滑轮组的机械效率 l(填“大于”、等于”或“小于”)。
评估与拓展
(6)小明同学使用滑轮组提升重物时,测力计的示数一会儿大,一会儿小,弄得小明同学一时不知该何时读数,你认为他在测量中应该在 时读数。
(7)提升相同重物时,增加动滑轮的个数,滑轮组的机械效率将 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
(1) (2)弹簧测力计(3)83.3 (4)不是 (5)小于(6)匀速向上拉动 (7)变小
题目分析:实验原理是机械效率计算公式;根据实验需要测量物体升高的高度、绳子移动的距离和测量拉力以及物体的重力,故需要刻度尺、弹簧测力计;由图示先分析,物重由几股绳子承担,然后确定物体升高的高度;再利用W=Gh计算有用功;再利用机械效率公式计算机械效率;由实验数据,第一次测量的机械效率为74.1%和第二次实验机械效率为83.3%,分析即可;判定机械效率与1的关系,关键看是否做额外功;根据力的平衡条件进行分析;增加动滑轮的个数,相当于增加 了额外功,利用机械效率公式分析即可。
比较同一滑轮组在提升不同重物情况下的机械效率,原理是机械效率计算公式;需要测量物体升高的高度、绳子移动的距离,故需要刻度尺;要测量拉力以及物体的重力,故需要弹簧测力计;由图示可分析得出,物重由三股绳子承担,所以测力计上升0.3m,则物体升高0.1m;再利用功的公式W=Gh计算有用功W=Gh=6N×0.1m=0.6J;再利用机械效率公式
由实验数据,第一次机械效率为74.1%,第二次实验机械效率为83.3%,所以同一滑轮组的机械效率不是恒定的;由于不得不做额外功,所以机械效率永远小于1;根据力的平衡可知,只有沿直线竖直向上匀速拉动弹簧测力计,弹簧测力计的示数才等于拉力的大小;增加动滑轮的个数,相当于增加 了额外功,所以滑轮组的机械效率将减小。
点评:本题考查了如何测定滑轮组的机械效率,并对实验结果进行评估,提高了学生的实验探究能力。