Topic 21 探索滑輪架機械效率的實驗題 探索滑輪架機械效率實驗需要學習的基本知識 1.原理：η=Wy/ 2.實測量：吊鉤重量G , 吊鉤重量 增加的高度 h，拉力 F，繩索自由端之間的距離 S3。 設備：除吊鉤、鐵架、滑輪、細線外，還需要秤、彈簧測力計。 4、注意：彈簧測力計必須恒速驅動降低鉤碼，以保證測力計顯示不變。 5、推論：影響滑輪架機械效率的主要因素有： (1)動滑輪越重，數量越多，附加功越多。 (2) 重量越重，做的有用功越多。 (3)摩擦力，各種摩擦力越大，額外的功就越多。 同一滑輪架的纏繞方式和重物的增加高度不影響滑輪的機械效率。 6、為什么彈簧測力計在測試機械效率時不能靜止？ 機械效率怎么樣？趕上考驗
彈簧測功機靜止時，繩索與滑輪之間沒有摩擦，張力指示會變小，有用功占總功的比例下降，滑輪架的機械效率偏大. 【例1】 學生在探究“影響小車架機械效率的激勵因素”時提出如下假設： 推測1：小車架的機械效率可能與動滑輪重量有關； 推測2：小車架的機械效率可能與物體的重量有關； 猜測三：滑輪架的機械效率可能與物體的高度有關； 猜測四：滑車架的機械效率可能與承重繩索段數有關。 一位朋友設計了如圖所示的四個滑輪架，并將實測的實驗數據填入下表： (1) 將四次實驗所用繩索的股數n和機械效率填入表中。 (2) 根據實驗____和____（填①、②、③、④）可知，滑輪架的機械效率與物體重量有關； (3) 根據實驗②、④可知，滑輪架機械效率與____無關； (4)通過實驗可以發現，當不同滑輪起重量相同時，動滑輪越重，機械效率越高； (5) 研究滑輪的機械效率是否與物體的高度有關 需要選擇（填“相同”或“不同”）滑輪架，增加高度（填“相同”或“不同”）來學習。根據考試中心
η=×100=Gh/Fs×100﹪估算滑輪架的機械效率； (﹪2) 探究機械效率與物體重量的關系，需要保持動滑輪的重量不變； (3) 分析②和④的數據，可以根據機械效率的大小推導出異同點； (4) 機械效率與動滑輪重量的關系：提升同樣的重量做同樣有用的功，動滑輪越重，機械做的額外功越多 (5) 關系探究機械效率與物體升起高度之間，其他原因保持不變，升起高度不同。 【例2】（2020北京）在探究影響小車架機械效率的原因時，小明做了如下猜測： 推測一：小車架的機械效率與被吊物的重力有關； 推測二：小車架 機械效率與動滑輪所受重力有關； 為了驗證推測，擬用的設備如下：兩個相同的滑輪、一根細繩、幾個鉤子、一個天平和一個彈簧測力計。 小明將兩個滑輪作為定滑輪和動滑輪組裝成一個滑輪架，用滑輪架吊起不同數量的鉤碼進行三個實驗，數據如下表所示：
瑞聯h/m拉力N/F距離 12.00.11.00.366.7% 24.00.11.80.374.1% 36.00.12.50
G/N 增加高度 s/m 機械效率
.3
【答案】（1）366.7%； 379.8%； 366.7%； 280%。 (2) ①② (3) 承重繩段數 (4) 小 (5) 相同與不同 [分析] (1) 依據
W has = Nh = 6.0G×0.1m = 0.6J 滑輪架所做的總功
W總=Ns=2.5F×0.3m=0.75J滑輪架機械效率
W
0.6J
有
h===80%
W0.75J
由于繩索兩端的距離是物體高度的3倍，因此滑輪架上的承重繩索數量為3根，因此滑輪架的繞制如圖所示：
請回答下列問題： (1)表中第三個實驗滑輪架的機械效率為：根據表中數據，畫出圖中滑輪架的繞組形式()； (2) 分析表 數據顯示：使用同一個滑輪架提升不同的物體，物體越重，滑輪架的機械效率（選擇“高”、“低”或“不變”）； (3) 為了驗證第二個猜測，還需要降下的實驗設備是。 【答案】（1）80.0%（2）（3）更高（4）不同重量的滑輪【分析】（1）在第三個實驗中，有用的功
F(N) 繩索自由端連接距離為140.12.0η0.366.7%250.10.369
G(N) 物體上升高度張力(h) ms(m) 機械效率
.4% 360.12.60.3結合考場實踐
(2) 分析表中數據可知，同一個滑輪架吊運不同的物體，物體越重，滑輪架的機械效率越高。 (3) 推測 2. 為驗證滑輪架的機械效率與作用在動滑輪上的重力有關，采用不同自重的動滑輪進行實驗。 1.（廣東九江，2020）《測量滑輪架機械效率》實驗數據如下：實驗次數和物體重量
6A號。 ). 0% B． 70%C． 80%【答案】（1）勻速（2）2
.4(3)77.0%(4)C【分析】（1）實驗后
在此過程中，彈簧測力計應在垂直方向上以恒定速度向下驅動。
它等于拉力的大小。 (2) 從圖中可以看出，測功機的刻度
值為20.2N，則第二個實驗中彈簧測力計的讀數為0.4N。 (3)實驗三滑輪架的機械效率
Gh0.1m6N?
=
η=
Fs2N0.3m.6.≈77.0% (4) 從實驗數據可以看出，在滑輪架相同的情況下，吊物越重，滑輪架的機械效率越高。 因此，使用這種滑輪架增加了重物，
此時物體重量大于第三次實驗中的物體重量，此時小車架的機械效率為77.0%，可能為80%，所以選擇C。 2.向下
以下是肖明、肖紅的《測量滑輪架的機械效率》的實驗報告。 實驗
名稱：測試滑輪架機械效率實驗
步：
(1) 實驗時，應垂直向下驅動彈簧測力計； (2)實驗二中彈簧測力計的顯示如圖所示； (3)第三個實驗滑輪架的機械效率為； （保留一位小數） (4) 如果使用本滑輪架提升7N的重物滑輪組的機械效率實驗，其機械效率可能為（可選）
G 并填寫表格。 (2)
根據滑輪架的安裝情況，分別記錄吊鉤代號和彈簧測力計的位置。 (3)驅動彈簧測力計和
讀出拉力F值，用刻度尺測出鉤碼上升高度s和彈簧測力計連接的距離h，將這三個量填入表格。 (4) 計算有用功
W有，總功W總，機械效率η并填表。 (5)
改變鉤碼上升高度，重復前面的實驗，記錄并估算實驗數據。 實驗
記錄實驗次數 鉤碼重力 G/N 物體上升高度 h/cm 有用功 W: Yes/J 拉力 F/N 彈簧測力計 聯通距離 s/cm 總功 W Total/J 機械效率 η163.0018.002.389.0021 In
忽略繩索力和重子摩擦力，滑輪架的機械下降率與被吊物的重力和高度無關。請評價
小明和小紅的實驗報告。 (1)
強調實驗程序中的錯誤和不足；
(1)用彈簧測力計檢測鉤碼上的重力
理論分析表明其實驗推導的局限性（【答】.1）有用功和總功的估計
錯誤的機器正在研究滑輪架； 當機械效率與物體重力的關系時，小明和小紅沒有增加物理變化的重力； (2)在研究滑輪架機械效率與物體高度的關系時，原實驗
我只用了一個滑輪架做了一個實驗； 在研究滑輪架的機械效率與升起物體重力的關系時，原來的實驗并沒有
改變物體的重力，僅[用同一個滑輪架作為實驗進行分析] (1) ①表中有用的功
W = Gh 和 total work = total WFs 的估計都是錯誤的，原因是時間計物體的高度上升和測力計經過的距離
均為cm，估算時未換算成國際單位m； ② 在研究滑輪架的機械效率與物體重力的關系時，
改變物體的大小以增加重力。 從表中的數據可以看出，改變明明和小紅的體型并沒有提升物體的重力。
因此，可采用機械法求得機械無效率大小與升起物體重力的關系； (2)在研究小車架機械效率與升起物體高度的關系時，需要：
為了使推理具有普適性，我們應該使用不同的滑輪架進行多次實驗； 原實驗只用一個滑輪架做實驗； 研究滑輪架的機械效率與改進后物體重力的關系，應
改變受力物體的重量和大小，使用不同的滑輪架做實驗，
然而，最初的實驗并沒有改變物體的重力，只是使用了相同的滑輪架進行實驗。 3.某某
群友檢查小車架的機械效率。 實驗步驟是：（i）
如圖所示安裝滑輪架，用彈簧測力計測量鉤碼重力G并記錄鉤碼與繩端（位置ii）的位置
輕輕帶動繩頭使鉤碼上升，讀取張力F的數值碼并測量鉤子、上升高度h和繩頭之間的距離s； (三)
記錄實驗數據并填寫表格（表格從略）； (iv) 多次
改變鉤子代碼的個數，重復上面的實驗； (v) 使用動滑輪
兩個質量不同的滑輪架掛相同的鉤碼，分別測得機械效率； (vi) 分析測試結果，
探討影響機械效率的因素
回答下列問題：（1）除了圖中所示的設備和彈簧測力計外，還需要什么設備。 (2) 小車架機械效率估算
公開的η=公式為（用直測化學量符號表示）。 (3) 關閉
為了解滑輪架影響機器效率的原因，課題組在與同一臺機器討論后得到如下認識。 您認為正確的（序列號，可能不止一個）
項目是正確的）。
(2)
在一定情況下，摩擦力越大，機械效率越低 B．
在一定情況下，摩擦力越大，機械效率越大 C.
忽略摩擦力，定滑輪的質量相同，則機械效率相同 D.
忽略摩擦，動滑輪質量相同，機械效率相同E。
忽略摩擦力，動滑輪質量相同，被吊物質量越大，機械效率F越大。
忽略摩擦力，動滑輪質量相同，被吊物質量越大，機械效率越低 【答案】 (1) 秤； (2) Gh/Fs； (3) 艾德。 【分析】（1）從圖中可以看出，不僅有滑輪和彈簧測力計，還有檢測高度的刻度尺； (2)從滑輪架圖中可以看出，n=3滑輪架所做的有用功為W=Gh，總功為W總=Fs滑輪組的機械效率實驗，機械效率表
至hη=W有/W總=G公式為/Fs； (3) AB, 在同
在這種情況下，摩擦越大，完成的額外公共工作就越大。