實(shí)驗(yàn)名稱
檢測(cè)滑車架的機(jī)械效率
實(shí)驗(yàn)原理
實(shí)驗(yàn)器材
彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺、細(xì)繩、動(dòng)滑輪、定滑輪、鉤碼等。
實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)步驟
(1)安裝好滑車架,記下鉤碼和彈簧測(cè)力計(jì)的位置。
(2)平緩勻速帶動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì),使鉤碼下降,用刻度尺檢測(cè)鉤碼上升的高度h和繩端聯(lián)通的距離s,填人記錄表中。
(3)算出W有、W總、η,填入記錄表中。
(4)改變鉤碼數(shù)目,重做幾次實(shí)驗(yàn),并將檢測(cè)數(shù)據(jù)填人記錄表中。
實(shí)驗(yàn)技巧
控制變量法:探究滑車架的機(jī)械效率與物重的關(guān)系時(shí),使用相同的滑車架,改變所掛鉤碼的數(shù)目；探究滑車架的機(jī)械效率與動(dòng)滑輪重量的關(guān)系時(shí),控制所掛鉤碼的數(shù)目相同，改變滑車架中動(dòng)滑輪的重量。
實(shí)驗(yàn)推論
在其他條件相同時(shí),動(dòng)滑輪越重,滑車架的機(jī)械效率越低；在繩子所能承受的范圍內(nèi),所吊物體越重,滑車架的機(jī)械效率越高。
溫情提示：1.滑車架的機(jī)械效率與物體被提高的高度以及滑車架的繞線形式無(wú)關(guān)。
2.提升滑車架機(jī)械效率的方式：減少繩與滑輪之間的磨擦；減少動(dòng)滑輪重；降低提高的物重。
3.機(jī)械效率的估算：（1）已知物重G和拉力F：
(n表示承當(dāng)物重的繩子段數(shù))
（2）已知物重和動(dòng)滑輪重（不計(jì)磨擦）：
典例講解
例1．在探究影響滑車架機(jī)械效率的誘因時(shí)，小明提出了如下猜測(cè)：
猜測(cè)一：滑車架機(jī)械效率與被提高物體所受的重力有關(guān)；
推測(cè)二：滑車架機(jī)械效率與動(dòng)滑輪所受的重力有關(guān)。
為了驗(yàn)證推測(cè)，打算的器材如下：兩個(gè)相同的滑輪、一根細(xì)繩、鉤碼若干、刻度尺和彈簧測(cè)力計(jì)。
小明把兩個(gè)滑輪分別作為定滑輪和動(dòng)滑輪組裝成滑車架，用該滑車架提高不同數(shù)目的鉤碼進(jìn)行了四次實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表所示：
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
鉤碼重力G/N
提高高度h/m
拉力F/N
繩端聯(lián)通的距離s/m
機(jī)械效率η
1.0
0.05
0.15
55.6%
1.5
0.05
0.8
0.15
2.0
0.05
1.0
0.15
66.7%
2.0
0.10
1.0
0.30
66.7%
（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)沿豎直向下的方向帶動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)。
（2）第1次實(shí)驗(yàn)中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖所示為N。
（3）第2次實(shí)驗(yàn)滑車架的機(jī)械效率是。
（4）剖析表中數(shù)據(jù)可知：用同一滑車架提高不同的物體，物體越重，滑車架的機(jī)械效率（選填“越高”“越低”或“不變”）。
（5）為了驗(yàn)證推測(cè)二，還需降低的實(shí)驗(yàn)器材是。
（6）比較3、4次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：用同一滑車架提高相同的物體，滑車架的機(jī)械效率與提高高度
（選填“無(wú)關(guān)”或“有關(guān)”）。
【分析】（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)沿豎直向下的方向勻速帶動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，此時(shí)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，拉力大小等于測(cè)力計(jì)示數(shù)；
（2）依據(jù)測(cè)力計(jì)分度值讀數(shù)；
（3）按照η＝
＝
×100%求出第2次實(shí)驗(yàn)滑車架的機(jī)械效率；
（4）剖析表中數(shù)據(jù)得出推論。
（5）研究滑車架機(jī)械效率與動(dòng)滑輪所受的重力有關(guān)，要控制其它誘因相同，只改變動(dòng)滑輪的重力；
（6）按照表格中的數(shù)據(jù)，借助控制變量法剖析。
【解答】解：
（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)沿豎直向下的方向勻速平緩帶動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)。
（2）第2次實(shí)驗(yàn)中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖所示，測(cè)力計(jì)分度值為0.1N，示數(shù)為0.5N；
（3）第3次實(shí)驗(yàn)滑車架的機(jī)械效率是：
η＝
＝
×100%＝
＝62.5%；
（4）剖析表中數(shù)據(jù)可知：用同一滑車架提高不同的物體，物體越重，滑車架的機(jī)械效率越高；
（5）為了驗(yàn)證滑車架機(jī)械效率是否和動(dòng)滑輪重有關(guān)，要改變動(dòng)滑輪的重力，故還需降低的實(shí)驗(yàn)器材是幾個(gè)自重不同的滑輪；
（6）比較3、4次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，提高物體的高度不同，而滑車架機(jī)械效率相同，故滑車架機(jī)械效率與重物被提高高度無(wú)關(guān)；
故答案為：（1）勻速平緩；（2）0.5；（3）62.5%；（4）越高；（5）幾個(gè)自重不同的滑輪；（6）無(wú)關(guān)。
例2．某興趣小組的朋友在探究“影響滑車架機(jī)械效率的誘因”時(shí)，提出了如下猜測(cè)：
猜測(cè)一：滑車架的機(jī)械效率與繞繩形式有關(guān)；
推測(cè)二：滑車架的機(jī)械效率與物重有關(guān)；
推測(cè)三：滑車架的機(jī)械效率與動(dòng)滑輪的重力有關(guān)。
為了驗(yàn)證上述猜測(cè)，興趣小組的朋友進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
鉤碼重G/N
鉤碼上升高度h/m
繩端拉力F/N
繩端聯(lián)通距離s/m
機(jī)械效率η
0.1
2.7
0.2
74%
0.1
1.8
0.3
74%
0.1
3.2
0.3
83%
0.1
2.5
0.4
（1）興趣小組的小明朋友發(fā)覺(jué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中邊帶動(dòng)邊讀數(shù)，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不穩(wěn)定，應(yīng)當(dāng)靜止讀數(shù)，你覺(jué)得他的看法（選填“正確”或“錯(cuò)誤”）。
（2）班委通過(guò)更換滑車架，改變鉤碼質(zhì)量，測(cè)得數(shù)據(jù)如表所示：
①請(qǐng)將表中的數(shù)據(jù)填寫完整；
②分析數(shù)據(jù)可知第3次實(shí)驗(yàn)是用（選填“丙”或“丁”）圖所示裝置做的實(shí)驗(yàn)；
③不計(jì)磨擦及繩重，剖析1、2兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知猜測(cè)一（選填“正確”或“錯(cuò)誤”）；
④通過(guò)比較兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出推論：使用相同滑車架提高物體時(shí)，物體越重滑輪組機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)視頻，滑車架機(jī)械效率越。
（3）按照表格中的數(shù)據(jù)剖析可知：隨著物重的減小，額外功（選填“變小”、“變大”或“不變”）。
（4）假如用圖乙中滑車架裝置提高7N的重物，則它的機(jī)械效率可能是。
A.73%
B.81%
C.88%
【分析】（1）測(cè)滑車架的機(jī)械效率，須要?jiǎng)蛩賻?dòng)繩子，而且要在帶動(dòng)中讀彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，假如靜止讀數(shù)滑輪組機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)視頻，繩子與滑輪之間的磨擦力就不能檢測(cè)，額外功都會(huì)降低；
（2）①利用滑車架的機(jī)械效率η＝
%來(lái)估算；②利用n＝
來(lái)估算承當(dāng)物重的繩子段數(shù)，因而判定滑車架；滑車架效率與物重和動(dòng)滑輪重有關(guān)，故可用控制變量法來(lái)剖析；③不計(jì)磨擦及繩重，剖析1、2兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在比較滑車架的機(jī)械效率與繩子段數(shù)的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持滑車架相同、物重相同，只改變繩子繞法，據(jù)此剖析；④研究同一滑輪組提高重物時(shí)，滑車架機(jī)械效率與提高物體的重力的關(guān)系時(shí)，要控制其它誘因相同，只改變提高物體的重力；
（3）按照表格中的數(shù)據(jù)，分別求出2、3次實(shí)驗(yàn)做的額外功得出推論；
（4）根據(jù)同一滑車架物重越大滑車架機(jī)械效率越大可判定。
【解答】解：（1）測(cè)滑車架的機(jī)械效率，須要?jiǎng)蛩賻?dòng)繩子，而且要在帶動(dòng)中讀彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，假如靜止讀數(shù)，繩子與滑輪之間的磨擦力就不能檢測(cè)，額外功都會(huì)降低，在有用功一定時(shí)，會(huì)造成機(jī)械效率變大，故該做法錯(cuò)誤；
（2）①第四次實(shí)驗(yàn)時(shí)滑車架的機(jī)械效率η＝
%＝
×100%＝80%；
②第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，吊著動(dòng)滑輪繩子段數(shù)n＝
＝
＝3；故選丙；
③在比較滑車架的機(jī)械效率與繩子段數(shù)的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持滑車架相同、物重相同，只改變繩子繞法，據(jù)此剖析第1、2兩次實(shí)驗(yàn)可知機(jī)械效率都為74%；故推測(cè)一錯(cuò)誤；
④研究同一滑車架提高重物時(shí)，滑車架機(jī)械效率與提高物體的重力的關(guān)系時(shí)，要控制滑車架相同、繞繩形式也相同；只改變提高物體的重力，故通過(guò)比較2、3可得出同一滑車架提高物重越大滑車架機(jī)械效率越大；
（3）第2次實(shí)驗(yàn)時(shí)，額外功W1＝Fs﹣Gh＝1.8N×0.3m﹣4N×0.1m＝0.14J；同理可求出第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)的額外功W2＝0.16J；故可知隨著提高物重的減小，額外功減小；
（4）同一滑車架提高物重越大滑車架機(jī)械效率越大，故物重7N時(shí)的機(jī)械效率大于物重8N但小于物重4N的，故選：B；
答案：（1）錯(cuò)誤；（2）①80%；②丙；③錯(cuò)誤；④2、3；高；（3）變大；（4）B。