Question

17．某小組同學在探究滑輪組的機械效率與哪些因素有關時，提出了一些猜想，小組將對猜想進行驗證．
（1）如果影響機械效率的因素有多個，要研究機械效率與某個因素的關系，需要先控制其他幾個因素不變，這種方法在科學探究中被稱作控制變量法．
（2）下列A、B是同學提出的兩個猜想：
猜想A：兩個相同滑輪組成的滑輪組，其機械效率與滑輪組細線的繞法有關；
猜想B：兩個相同滑輪組成的滑輪組，其機械效率與滑輪組提升的物重有關．
（3）為了驗證上述猜想是否正確，同學們準備分別按圖1、圖2、圖3和圖4的滑輪組進行實驗．

按圖1和圖3滑輪組準備做的兩個實驗是用來驗證猜想A的，若實驗測得兩滑輪組的機械效率大小相等（相等/不相等），則可初步判斷猜想A是錯誤的．
（4）接著，該小組同學準備利用圖3（或圖4）的裝置進行測滑輪組機械效率的實驗，小明同學認為應該豎直勻速向上拉動，小方同學認為保持靜止即可實現(xiàn)二力平衡，你認為小明（小明/小方）的觀點是正確的，因為輪與軸、繩與輪之間的存在摩擦力．
（5）兩人討論以后，選擇了正確的操作方法，小明選擇圖3進行了操作，測得彈簧測力計讀數為F₃=1.2N；小方選擇了圖4進行了操作，測得彈簧測力計讀數為F₄=1.4N；已知每個鉤碼重為0.5N．則圖3裝置的機械效率為27.8%，圖4裝置的機械效率為35.7%．據此，可判斷猜想B是正確（正確/錯誤）的．

Answer 1

分析 （1）物理學中對于多因素（多變量）的問題，常常采用控制因素（變量）的方法，把多因素的問題變成多個單因素的問題．每一次只改變其中的某一個因素，而控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對事物的影響，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法；
（3）要探究滑輪組的機械效率與滑輪組細線的繞法是否有關，需要保持除滑輪數目、規(guī)格相同外，還要提起相同的重物；
（4）在使用滑輪組時，滑輪組還要克服一些機械摩擦，所以要測量滑輪組的機械效率，需使物體上升進行讀數；
（5）根據公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$計算滑輪組的機械效率，其中s=nh；根據機械效率得出結論．

解答 解：
（1）影響機械效率的因素有多個，要研究機械效率與某個因素的關系，需要先控制其他幾個因素不變，這種方法在科學探究中被稱作控制變量法；
（3）要探究滑輪組的機械效率與滑輪組細線的繞法是否有關，需要保持除滑輪數目、規(guī)格相同，還要提起相同的物重，所以選擇的是圖1、3或圖2、4；若實驗測得兩個滑輪組的機械效率大小相等，說明機械效率與繞線方法無關，可初步判斷猜想A是錯誤的；
（4）在使用滑輪組時，滑輪組還要克服一些機械摩擦，所以為了正確測量滑輪組提升物體時的拉力，需在緩慢勻速提升時讀數，小明同學正確；
（5）由圖3和圖4知，滑輪組由3段繩子承擔物重，所以s=3h，
所以圖3滑輪組的機械效率為：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{Gh}{Fnh}$=$\frac{G}{nF}$=$\frac{2×0.5N}{3×1.2N}$×100%≈27.8%；
圖4滑輪組的機械效率為：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{Gh}{Fnh}$=$\frac{G}{nF}$=$\frac{3×0.5N}{3×1.4N}$×100%≈35.7%；
圖3和圖4是相同的滑輪組，提升的物體越重，機械效率越高，說明機械效率與物重有關，可初步判斷猜想B是正確的．
故答案為：（1）控制變量法；（3）1；3；相等；（4）小明；輪與軸、繩與輪之間的存在摩擦力；（5）27.8%；35.7%；正確．

點評 探究影響滑輪組機械效率的因素，需要應用控制變量法；滑輪組的機械效率的高低與提起的物重、動滑輪的重、繩重、摩擦有關．與滑輪的繞法、升高的距離沒有關系．