設計測滑輪組機械效率實驗裝置

A. 用如圖所示的裝置來測「滑輪組的機械效率」．（1）實驗要求，用彈簧測力計拉動繩一端時，拉力的方向應___

（1）利用滑輪組提升物體時，用彈簧測力計拉動繩一端時，拉力的方向應豎直向上，並使物體勻速上升．
（2）根據圖示可知，n=3，
∵s=nh
∴h=

s

n

=

1

3

×15cm=5cm；
（3）∵s=15cm=0.15m，s=3h
∴h=

s

n

=

1

3

×15cm=5cm=0.05m，
根據圖示可知，鉤碼為三個，即鉤碼總重為3×2N=6N，則
有用功：W_有=Gh=6N×0.05m=0.3J；
總功：W_總=FS=2.5N×0.15m=0.375J；
∵W_總=W_有+W_額
∴W_額=W_總-W_有=0.375J-0.3J=0.075J；
滑輪組的機械效率：η=

W有

W總

×100%=

0.3J

0.375J

×100%=80%．
故答案為：（1）豎直向上；勻速；（3）5；（3）0.075；80%．

B. 如圖為測量滑輪組機械效率的實驗裝置圖，每個鉤碼重0.5N．（1）設計實驗數據的表格：（2）實驗時要豎直向

（1）表格內容包括實驗次數、拉力、鉤碼重、拴彈簧秤的線移動距離、鉤碼上升的高度以及機械效率，表格如下：

實驗次數	拉力 （N）	鉤碼重 （N）	拴彈簧秤的線 移動距離（m）	鉤碼上升的高度 （m）	機械效率
1
2

（2）實驗中要豎直向上勻速拉動彈簧測力計，彈簧測力計示數不變，便於讀數；
彈簧測力計的分度值是0.2N，所以拉力大小是0.8N．
該滑輪組提升的鉤碼有3個，所以鉤碼重G=4×0.5N=2N，
有用功：W_有=Gh=2N×0.1m=0.2J；
總功：W_總=Fs=0.8N×3×0.1m=0.24J；
該滑輪組的機械效率：
η=

W有

W總

×100%=

0.2J

0.24J

×100%≈83.3%．
（2）若僅增加鉤碼的個數，所做的有用功增加，而額外功不變，所以有用功占總功的比值變大，所以滑輪組的機械效率增大．
故答案為：（2）勻速；0.8；0.2；0.24；83.3%；（3）增大．

C. 請利用圖所示的實驗裝置，設計一個實驗，測動滑輪的機械效率，請寫出主要實驗步驟、畫出實驗數據記錄表。

（1）將彈簧測力計調零，然後用彈簧測力計測出鉤碼所受到的重力G，並記錄到實驗數據記錄表中。（或用調好的彈簧測力計測出鉤碼所受到的重力G，並記錄在表格中。） （2）按示意圖組裝實驗器材。 （3）用彈簧測力計豎直向上拉動繩子自由端，使彈簧測力計從圖中的位置A＇勻速豎直上升到位置B＇，鉤碼從位置A勻速上升到位置B。用彈簧測力計測出繩子自由端受到的拉力F，用刻度尺測出AB間的距離h，A＇B＇間的距離s，將F、s和h的數值記錄到實驗數據記錄表中。 （4）根據

D. 如圖為測量滑輪組機械效率的實驗裝置，每個鉤碼重1N，實驗時要豎直向上______拉動彈簧測力計，由圖可知拉

（1）實驗中要豎直向上勻速拉動彈簧測力計，彈簧測力計示數不變，便於讀數；
（2）彈簧測力計的分度值是0.2N，所以拉力大小是1.2N．
（3）動滑輪和鉤碼有三段繩子承擔，因此鉤碼上升的高度h=

s

n

=

s

3

=

15cm

3

=5cm；
（4）該滑輪組提升的鉤碼有3個，所以鉤碼重G=3×1N=3N，
該滑輪組的機械效率：
η=

W有用

W總

=

Gh

Fs

=

Gh

Fnh

=

G

nF

=

3N

3×1.2N

=83.3%．
故答案為：勻速；1.2；5；83.3%．

E. 圖為測量滑輪組機械效率的實驗裝置，鉤碼總重6N．（1）實驗時要豎直向上______拉動彈簧測力計，由圖可知

（1）在實驗操作中應豎直向上勻速拉動彈簧測力計．這樣彈簧測力計處於平衡狀內態，彈簧測容力計的示數才反映了拉力的大小．
由圖可知，彈簧測力計的分度值為0.2N，彈簧測力計的示數為2.4N．
W_有=Gh=6N×0.08m=0.48J
∵重物有3段繩子承擔，
∴s=3h=3×8cm=24cm=0.24m
∴W_總=Fs=2.4N×0.24m=0.576J
η=

W有用

W總

×100%=

0.48J

0.576J

×100%≈83.3%．
（2）整個滑輪組保持不變，即額外功不變．因為對重物做的功為有用功，增加鉤碼的個數，即增大了有用功，機械效率就會增大．
（3）如果拉彈簧測力計時用力較大，使物體運動的速度越來越大，此時所測的拉力偏大，則計算出的總功偏大，有用功不變，所以機械效率偏小．
故答案為：（1）勻速；2.4；24；83.3%；（2）增大；（3）偏小．

F. 圖為測量滑輪組機械效率的實驗裝置，鉤碼總重6N．（1）實驗時要豎直向上______拉動彈簧測力計，由圖可知

（1）實驗時要豎直向上勻速拉動彈簧測力計的，這樣示數才會穩定，專所讀出的數值才等於拉力的大屬小；
圖中彈簧測力計的分度值為0.2N，其示數為2.4N；
因為滑輪組用三段繩子承擔物重，那麼彈簧測力計移動的距離就是鉤碼上升高度的三倍，故彈簧測力計向上移動了3×8cm=24cm；
該滑輪組的機械效率η=

W有

W總

×100%=

6N×0.08m

2.4N×0.24m

×100%≈83.3%；
（2）在滑輪組其它條件不變的情況下，僅增加鉤碼的個數，相當於增大了有用功的比例，因此，其機械效率會增大；
（3）∵η=

W有

W總

=

Gh

Fs

=

G

nF

∴若沒有刻度尺測鉤碼上升的高度及繩自由端移動距離，則滑輪組機械效率可根據η=

G

nF

來進行計算．
故答案為：（1）勻速；2.4；24；83.3%；（2）增大；（3）

G

nF

．

G. 在「測滑輪組機械效率」的實驗中，所用的實驗裝置如圖甲所示．另外提供的實驗器材還有：一把刻度尺、鉤碼

（1）①要測量滑輪組的機械效率，要測量鉤碼的重力G，鉤碼升高回的距離h，拉答力F，拉力移動的距離s，並且要進行多次測量進行比較，設計的實驗表格如下：

實驗次數	鉤碼的重力 G/N	鉤碼上升的高度 h/m	繩端的拉力 F/N	繩端移動的距離 s/m	機械效率 η/%
1
2
3

②鉤碼的重力G，鉤碼升高的距離h，有用功為W_有=Gh；
拉力F，拉力移動的距離s，W_總=Fs；
所以滑輪組的機械效率為：
η=

W有

W總

×100%=

Gh

Fs

×100%；
（2）①彈簧測力計的一個大格代表1N，每一個小格代表0.2N，彈簧測力計示數為0.8N，
由圖可知，繩子的有效股數n=3，
此時測定的滑輪組機械效率：
η=

Gh

Fs

×100%=

Gh

Fnh

×100%=

G

nF

×100%=

2N

3×0.8N

×100%≈83.3%；
②實驗過程中，彈簧測力計拉力較大，彈簧測力計示數會增大，總功會偏大，有用功不變，所以機械效率會偏小．
故答案為：
（1）①表格如上所示；②η=

Gh

Fs

×100%；
（2）83.3；偏小．

H. 圖所示為測量滑輪組機械效率的實驗裝置，每個鉤碼重1.0N． （1）實驗時要豎直向上______拉動彈簧測力計

（1）實驗時要豎直向上勻速拉動彈簧測力． 彈簧測力計每一個大格代表1N，每一個小格代表0.2N，示數為1.2N． 物體和動滑輪的共有3段繩子承擔， 所以物體上升的高度為：h= s 3 = 15cm 3 =5cm． 滑輪組的機械效率為：η= W 有 W 總 = Gh Fs = 3N×5cm 1.2N×15cm =83.3%． （2）滑輪組的機械效率跟物體升高的距離無關，所以機械效率不變． （3）增加鉤碼的個數，額外功變化不大，有用功增加，機械效率增大． 故答案為：（1）勻速；1.2；5；83.3%；（2）不變；（3）增大．