某同学做“测定滑轮组机械效率”的实验时,实验桌上有下列器材:
A.铁架台 B.钩码 C.天平 D.定滑轮和动滑轮各若干 E.长约2米的绳子 F.秒表
(1)以上器材中属于多余的是________;所缺少的两件主要器材是________和________.
(2)实验操作时,必须________拉动弹簧测力计,使钩码上升.
(3)若实验时加速向上拉动弹簧测力计测得的机械效率________(选填“偏大”或“偏小”).
(4)实验测出弹簧测力计示数为0.5N,钩码重2N,钩码上升的高度为0.1m,动力移动的距离是0.5m,则该同学们选用了图中的________滑轮组.(选填“甲”或“乙”)
(5)若甲、乙滑轮组中每个滑轮的规格相同,吊起相同的物体,则较省力的是________装置,机械效率较高的是________装置(选填“甲”、“乙”).
解:(1)因为机械效率为有用功和总功的比值,而W有=Gh,W总=FS,故我们要测滑轮组的机械效率就需要测出物重G、自由端的拉力F、物体升高的高度h、自由端通过的距离S,由上可知我们需要弹簧测力计和刻度尺,当然还有滑轮和组装滑轮用的铁架台、线,还要有物体、钩码.因此天平和钟表是多余的器材,缺少弹簧测力计和刻度尺.
(2)探究滑轮组机械效率时,要竖直匀速拉动弹簧测力计,拉力不变,弹簧测力计示数温度,方便读数.
(3)加速拉动时,拉力将变大,根据W总=FS可知,总功变大;又因为机械效率等于有用功和总功的比值,有用功不变,总功变大,因此机械效率偏小.
(4)∵h=0.1m,s=0.5m
∴n==5
根据偶定奇动的原则可知,滑轮组的绕法如下:
显然选择甲装置.
(5)根据(4)小题中滑轮组的绕法可知,甲提升物体最多的绳子段数为5,乙提升物体最多的绳子段数为3,故甲装置省力;
对比甲、乙两图可以发现,它们提升相同的物体,即所做有用功相同,但甲滑轮组中的动滑轮有两个,乙中只有一个,则甲滑轮组做的额外功多,所以甲的机械效率小于乙.
故答案为:(1)天平、钟表;测力计;刻度尺;(2)竖直匀速;(3)偏小;(4)甲;(5)甲;乙.
(1)机械效率等于有用功和总功的比值,根据W有=Gh,W总=FS分析多余的器材和缺少的器材.
(2)弹簧测力计要竖直方向匀速直线拉动弹簧测力计,拉力大小不变,弹簧测力计示数稳定,容易读数.
(3)加速拉动时,拉力将变大,根据W总=FS可知总功的变化,再根据机械效率等于有用功和总功的比值可知机械效率的变化情况.
(4)根据偶定奇动的原则绕出滑轮组的绕法,然后根据n=求出提升物体绳子的段数,比较即可选出正确的装置.
(5)提升物体绳子的段数越多越省力;用不同的滑轮组提升相同的重物时,做的有用功是相同的,如果动滑轮越重,做的额外功就越多,则机械效率就越小.
点评:本题通过测定滑轮组机械效率的实验考查实验器材的选择、公式的应用,滑轮组的绕法、机械效率的影响因素等;注意提起同一物体时,动滑轮越重,滑轮组机械效率越低.