Question

做物理實驗要遵循實事求是的原則．如圖所示，小明同學在“研究定滑輪和動滑輪特點”的實驗中，完成了如下所示的實驗，并記錄了數據（如下表）．

實次 數驗	物重 G/N	使用定滑輪時測 力計的示數F1/N	使用動滑輪時測 力計的示數F2/N
1	1.00	0.60	0.65
2	1.50	1.10	0.90
2	2.00	1.60	1.15

通過分析數據，她覺得與書本中的結論偏差較大．你一定也做過這樣的實驗，回想你的實驗經歷，回答下列問題：
（1）該實驗中造成使用定滑輪時F₁≠G的主要原因是：______．
（2）該實驗中造成使用動滑輪時F₂≠G/2的主要原因是：______．
（3）請你對小明做“研究定滑輪的特點”的實驗方法提出合理的改進意見：______．
（4）請你對小明做“研究動滑輪的特點”的實驗方法提出合理的改進意見：______．
（5）幾天后，小明同學又做了“測滑輪組機械效率”的實驗，在此實驗中他用同一滑輪組進行兩次實驗，實驗數據如下表：
①此實驗他所用滑輪的個數至少是______個，其中動滑輪有______個．
②第一次實驗測得滑輪組的機械效率為______，第二次實驗時滑輪組的機械效率______第一次的機械效率（選填“大于”、“小于”或“等于”）

次數	鉤碼重/N	鉤碼上升高度/cm	彈簧測力計示數/N	彈簧測力計移動距離/cm
1	2	10	0.8	40
2	5	5	1.5	20

Answer 1

【答案】分析：（1）滑輪組中如果忽略滑輪自重和摩擦力的大小，使用定滑輪不省力，但能改變力的方向；使用動滑輪能省一半的力，如果考慮動滑輪自重，則F=（G_動+G_物）．根據對測力計進行受力分析可以找到問題所在．
（2）使用定滑輪時，改進彈簧測力計的使用法；使用動滑輪時，要考慮到動滑輪的重力．
（3）使用滑輪組時，在忽略滑輪自重和摩擦力的條件下，動滑輪和重物由幾股繩子承擔，拉力為重物的幾分之一，而考慮滑輪自重和摩擦力時，拉力就不再是重物的幾分之一，但拉力作用點移動的距離仍為重物升高高度的幾倍，據此分析判斷即可，機械效率利用η=計算．
解答：解：（1）對定滑輪圖中的測力計進行受力分析：受到向上繩子的拉力（大小等于鉤碼重），向下受到測力計外殼的重力和手向下的拉力．圖中手拉測力計掛鉤，因此測力計測量的是手向下的拉力而不是繩子自由端的拉力．所以在勻速拉動時，根據二力平衡條件可知實驗會造成 F₁的測量會小于物重，所以使用定滑輪時F₁≠G的主要原因是：沒有考慮彈簧測力計外殼受到的重力．
（2）動滑輪的使用：“使用動滑輪能省一半力”是在不考慮動滑輪和摩擦的理想情況下才成立的，在實際實驗中，動滑輪的物重和摩擦是客觀存在的．由表中數據可知，隨著物重的增加，測力計的示數變大，但比物重的一半要大，這與“使用動滑輪能省一半的力”的結論偏差較大．其主要原因是沒有考慮動滑輪受到的重力．
（3）改進：彈簧測力計的掛鉤應該掛在繩子自由端，其讀數才是用定滑輪提升物體時繩子自由端的拉力值．
（4）改進：可以先測出鉤碼和動滑輪的總重，然后比較拉力與總重的關系或采用輕質滑輪．
（5）使用滑輪組時，動滑輪和重物由幾股繩子承擔，拉力作用點移動的距離為重物升高高度的幾倍，
所以由n===4可知，動滑輪和重物由4股繩子承擔，即動滑輪必須有兩個，定滑輪至少有一個，所以滑輪共至少需要3個．
第一次實驗滑輪組的機械效率為用η₁=×100%=×100%=×100%=62.5%，
第二次實驗滑輪組的機械效率為用η₂=×100%=×100%=×100%=83.3%，
所以第二次實驗時滑輪組的機械效率大于第一次的機械效率．
故答案為：（1）沒有考慮彈簧測力計外殼受到的重力；
（2）沒有考慮動滑輪受到的重力；
（3）彈簧測力計的掛鉤應該掛在繩子自由端；
（4）先測出鉤碼和動滑輪的總重（或采用輕質滑輪或增加鉤碼重）；
（5）3；2；62.5%；大于．
點評：本題考查了學生對實驗測量數據的分析能力，屬實驗評估類題目范疇．有許多物理中的結論是建立在理想模型條件下得出的，在實際的應用中會出現與結論不一致的情況，是受到了客觀條件的影響，而不能說結論有錯誤．