测量滑轮组的机械效率

一、 核心实验精讲

1. 实验目的

(1) 会组装滑轮组并测量滑轮组的机械效率；

(2) 探究影响滑轮组机械效率的因素。

2. 实验原理

$\eta = \frac{W_{\text{有}}}{W_{\text{总}}} = \frac{Gh}{Fs}$

3. 实验器材

弹簧测力计、钩码、刻度尺、铁架台、滑轮组、细线。

4. 实验步骤

1. 用弹簧测力计测出钩码的重力 $G$ 并填入表格；
2. 按图所示安装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置；
3. 匀速竖直缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力 $F$ 的值，用刻度尺测出钩码上升的高度 $h$ 和绳端移动的距离 $s$，并记入表格；
4. 算出有用功 $W_{\text{有}}=Gh$、总功 $W_{\text{总}}=Fs$、机械效率 $\eta$ 并填入表格；
5. 改变钩码的数量，重复上面的步骤；
6. 换用不同的滑轮组，重复上述步骤，将实验数据记入表格。

5. 实验数据记录表格

6. 实验结论与拓展延伸

• 结论：

1. 同一滑轮组，提升的物体越重，机械效率越高；

2. 提升相同的重物，动滑轮越重，机械效率越低；

3. 滑轮组的机械效率与提升物体的高度无关，与绳子的绕法（段数）无关。

• 拓展延伸：若不计绳重和摩擦，由 $\eta = \frac{Gh}{Fs} = \frac{Gh}{F \cdot nh} = \frac{G}{nF}$；又因为 $F = \frac{G + G_{\text{动}}}{n}$，代入得 $\eta = \frac{G}{G + G_{\text{动}}}$。

🚩 命题角度

1. 实验原理；
2. 弹簧测力计的使用及读数；
3. 实验器材的选择；
4. 分析实验数据得出结论；
5. 动滑轮的绕线；
6. 控制变量法的应用；
7. 有用功、总功、机械效率的计算；
8. 滑轮组机械效率的影响因素；
9. 图像分析；
10. 滑轮组连线作图。

二、 真题嫁接（考点与应用）

题目

某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如下表所示，实验装置如图 22-1 所示。

(1) 除了如图所示的器材和弹簧测力计外，还需要的器材是 ______。

(2) 实验中应沿竖直方向 ______ 缓慢拉动弹簧测力计。

(4) 利用图甲的滑轮组提升相同的钩码时，增加钩码匀速上升的速度，滑轮组的机械效率 ______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。

(5) 用图丁装置进行实验，得出表中第 4 次实验数据，请将表中的两个数据填写完整。

(10) 若在第 2 次实验中，钩码上升的速度为 $0.1\ \text{m/s}$，则拉力 $F$ 的功率为 ______ $\text{W}$。

(12) 如图甲所示，在忽略摩擦、绳重及实验误差的条件下，弹簧测力计的示数 $F$ 与被提升钩码重力 $G$ 以及动滑轮重力 $G_{\text{动}}$ 的关系为 ______。