如何测量滑轮组的机械效率？

问题39.如何测量滑轮组的机械效率？◇学生提问小文同学在“测定滑轮组机械效率”的实验中，用如图所示的装置匀速吊起钩码，并记录了如下实验数据：根据实验数据，小文同学计算机械效率的过程如下：有用功：W有用=(G1+G2)h=(4十0.4)×0.1J=0.44J总功：W总=FS=1.6×0.3J=0.48J机械效率：%7.91%10048.044.0%100总有用WW答：当匀速吊起4N重的钩码时，该滑轮组的机械效率约为91.7％。小文同学的计算过程是否正确？如有错误，请在下方空白处写出错误之处，并对滑轮组的机械效率作出正确解答。老师，该题的计算过程哪个环节出了错，应当怎样测量滑轮组的机械效率？◇问题探究测量滑轮组机械效率的原理（重要性：★★）老师：别急，机械效率的测量其实很简单，你想想测量滑轮组机械效率的原理是什么？学生：我认为测量滑轮组机械效率的原理就是机械效率的计算公式总有用WW！由这一原理可知，要测量滑轮的机械效率，就得计算出所做的有用功和总功。测量机滑轮组机械效率的所用的测量工具（重要性：★★★）老师：那测量滑轮组的机械效率，需要测量哪些物理量？用到哪些器材？学生：根据公式GhW有用可知，计算有用功需要测量出物体的重力G和物体提升的高度h；根据FsW总可知，计算总功要测量出拉力F和绳子移动的距离s。其中测量物体的重力G和拉力F要用到弹簧测力计；测量物体提升的高度h和绳子移动的距离s要用到刻度尺。测量物重和拉力的方法（重要性：★★★★）老师：我们在做测量滑轮组机械效率的实验时，提升的物体是钩码？那你认为应该怎样测量物体的重力G和拉力F？学生：我认为，由于每个标准钩码的重力都相等，可以在组装滑轮组之前，用弹簧测力计先测出一个钩码的重力1G，则根据所提钩码的个数就能知道物体的重力1nGG了。拉力F的测量，可以将绳子的末端系在弹簧测力计的挂钩上，最简单的办法就是将钩码提到某一高度静止下来读数，这样好读。老师，您说对吗？老师：物重的测量你用的方法很好，但拉力的测量你忽略了一个问题：静止时测量拉力，此时绳子与滑轮、滑轮与轴之间存在摩擦力吗？这样准确吗？学生：我想想，重物在上升过程中绳子与滑轮、滑轮与轴之间存在摩擦力，如果静止时这些摩擦力是不存在，那我测量的拉力要小于重物上升过程中的拉力，是不准确。老师，我明白怎么测量拉力了，我不用您提醒还想到了两个要点呢！老师：说说让我听听？学生：测量拉力时应该用弹簧测力计拉着绳子竖直向上或竖直向下匀速运动，如果不匀速，所用的拉力大小会不断变化！测量钩码上升高度和绳子移动距离的方法（重要性：★★★★）老师：说得非常好！那你再想想，怎样测量钩码上升的高度和绳子移动的距离呢？学生：我觉得测量上升高度和移动距离，只要分别明确出钩码和绳子开始运动的起点和后来的终点，就能用刻度尺测量出来了。以右图为例来说明吧：可以事先在长直尺上贴上长纸条，以钩码的下端为参照点，在纸上用铅笔标出起点；在末段绳子靠下的位置系上个标志经当参照点，也在纸上标出起点；在匀速提升过程中读出拉力后，再分别把两个参照点的位置在纸上标出就行了！老师：你想的办法非常好！这就是测量滑轮组机械效率的一般方法。你再想想，绳子移动的距离与钩码上升的高度之间有何数量关系？你不用带入具体数值，用这些物理量符号来算算机械效率，看看有什么启示？测量滑轮组机械效率的简化（重要性：★★★）学生：nhs；那nFGFnhGhFsGhWW总有用哦，看来绳子移动的距离和物体上升的高度不影响滑轮组的机械效率！这一实验能简化为只测量拉力和物重即可！老师：呵呵，你别说，这种简化法，考试还经常考呢！◇学生笔记测量滑轮组枢机效率的方法：可简化为只在物重和重物匀速上升时测量出拉力，利用推导公式nFG求出。◇要点训练1.某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示，实验装置如图所示。(1)从表中数据可分析出实验1是用＿＿图做的实验，实验2是用＿＿图做的实验。(2)通过实验1和实验2的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮组提升相同的重物时．动滑轮的个数越多，滑轮组的机械效率＿＿＿＿＿。实验次数物理量l23钩码重G／N446钩码上升高度h／m0.10.10.1绳端拉力F／N1.81.42.4绳端移动距离s／m0.30.50.3(3)比较实验1和实验3可得结论：使用同一滑轮组，＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿可以提高滑轮组的机械效率。答案：（1）甲、乙；（3）越低（越小）；（3）增加提升重物的重力解析：（1）判断所用的是哪个滑轮组，可以通过计算绳端移动的距离与钩码上升高度的比来获知有几段绳子吊着物体。（2）由nFGFnhGhFsGhWW总有可知，钩码重一定，动滑轮的个数越多，拉力就会越大，因此机械效率就会越小。（3）同一滑轮组，所做的额外功是一定的，提升的重物越重，有用功的比例就会越大，机械效率就会越高。2.用一个定滑轮和一个动滑轮组装滑轮组有两种绕线方法。聪聪和明明各选取一种方法做实验。（1）聪聪采用了如图甲所示的绕线方法组装滑轮组。他通过滑轮组用2N的拉力F将重4.2N的物体匀速提升了0.1m的距离，则有用功为J，此滑轮组的机械效率是。（2）明明采取了另一种绕线方法组装滑轮组，请帮助明明在图乙中画出滑轮组的绕线。答案：0.42，70%，绕线见右图解析：J42.0m1.0N2.4GhW有用J6.0m1.03N2FsW总%70J6.0J42.0总有用WW3.某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如下表所示，第1、2、3次实验装置分别如图中的甲、乙、丙所示。(1)比较第1次实验和第2次实验，可得结论：使用同样的滑轮组，提起的钩码越重，滑轮组的机械效率越。(2)第3次实验中所做的有用功是J，机械效率是(3)第3次实验中动滑轮个数比第2次实验多，动滑轮自重增大，对动滑轮所做的额外功(选填“增大”或“减小”)，因而，由第2、3次实验可知：滑轮组的机械效率与动滑轮自重大小有关。(4)综合上述结论，提高机械效率的方法有增大有用功，额外功(选填“增大”或“减小”)。答案：(1)高；(2)0.4J72.7%；(3)增大；(4)减小机械效率η74％57％83％