【题目】实验桌上有组装好的实验装置,如图所示,其中弹簧测力计的量程为0~5N。另外还有质量均为50g的钩码六个(图中未画出)。小军计划用这些器材探究“用动滑轮提升重物时,如果动滑轮的机械效率不变,有用功越大,则总功越大”。小军的实验主要步骤如下:

①在动滑轮挂钩上挂2个钩码,用弹簧测力计竖直向上匀速拉绳子自由端。2个钩码的总质量用m表示,绳子自由端所受拉力用F表示,绳子自由端移动的距离用s表示,钩码上升的高度用h表示。将m的数值记录在表格中,用弹簧测力计测出F,用刻度尺分别测出s、h,并把测量数据记录在表格中;

②保持动滑轮的质量及钩码上升的高度不变。依次改变动滑轮所挂钩码的个数,仿照步骤①再做2次实验,将各次的钩码质量m记录在表格中,分别测量各次的F、s、h,并把各次的测量数据记录在表格中。

③利用WF s,计算出各次的总功,用W有用G h=mgh,计算出各次的有用功,并将各次的总功、有用功记录在表格中。

(1)请根据以上叙述回答下列问题:小军的操作步骤存在的问题:_________。请写出改进措施:_______

(2)若用该滑轮匀速提升100g钩码时,在保证钩码和滑轮质量,以及钩码上升高度都不变的条件下,第一次以速度v1匀速提升时机械效率为η1,第二次以速度2v1匀速提升时机械效率为η2,则η1___________η2(选填“大于”“小于”“等于”)。

【答案】改变了钩码的质量,没有保证机械效率不变 步骤②中:保持动滑轮和钩码的质量不变。依次改变钩码上升的高度。仿照步骤①再做2次实验,分别测量各次的m Fsh,并把各次的测量数据记录在表格中 等于

【解析】

(1)对同一滑轮组,改变提升物体的重力可改变机械效率,为控制机械效率不变,应提升同一重物,通过改变提升物体的高度(即没有改变绳子自由端的距离s)来改变有用功(即自变量W)。据此分析存在问题及改进措施;
(2)分析有用功和总功大小可知两次机械效率的大小关系。

(1)对同一滑轮组,机械效率与提升物体的重力有关;探究过程中改变了钩码的重力,使动滑轮的机械效率也发生变化,没有保证机械效率不变;没有改变绳子自由端的距离s来改变有用功,针对探究过程中存在的问题,改进措施:步骤②中:保持动滑轮和钩码的质量不变。依次改变钩码上升的高度。仿照步骤①再做2次实验,分别测量各次的m、F、s、h,并把各次的测量数据记录在表格中;
(2)用该滑轮匀速提升100g钩码时,保证钩码和滑轮质量,以及钩码上升高度都不变,根据s=2h可知绳子自由端移动的距离相等,根据W=Gh=mgh可知有用功相同,根据W=Fs可知总功相同,根据得到η1等于η2

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