Question

5．小芳同學設計了一個高度可調節(jié)的斜面來探究斜面的省力情況、斜面的機械效率與斜面的傾斜程度之間的關系，如圖所示．她首先測出小車重，然后用彈簧測力計沿斜面拉動小車，調節(jié)斜面傾斜角θ的大小多次測量，得到如表所示的數據：

斜面傾 斜角θ	小車重G/N	斜面高 h/m	斜面 長S/m	拉力 F/N	有用功 W有/J	總功 W總/J	機械效 率η/%
12°	5	0.2	1	2.1	（a）	2.1	47.6
30°	5	0.5	1	3.6	2.5	（b）	69.4
45°	5	0.7	1	4.3	3.5	4.3	（c）

（1）實驗過程中拉力的方向應為平行于斜面向上，小車在斜面上應做勻速直線運動．
（2）表格中的三處空格中的是數據應為：（a）1；（b）3.6；（c）81.4．
（3）分析如表中的數據，可以得出的探究結論是：斜面傾斜角θ越大，斜面拉力越大，斜面的機械效率越高（大）．
（4）若將小車換成等質量的木塊做實驗，則每組數據中測力計的示數將變大（變大\變小\不變），機械效率將變小（變大\變小\不變）．
（5）若想探究斜面的機械效率與物重的關系，則要保持斜面的傾斜角θ不變，只改變小車的重力．

Answer 1

分析 （1）實驗過程中應沿斜面方向拉動木塊做勻速直線運動；
（2）根據實驗數據，利用W_有=Gh、W_總=Fs和η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$求出表格中的所缺的數據，完成表格．
（3）分析表格數據時，雖然拉力和機械效率的變化是因斜面的傾斜度的改變而引起的，但我們先比較省力時，傾斜度是如何變化，然后比較機械效率的變化．
（4）根據滑動摩擦與滾動摩擦的關系得出額外功的變化，從而可得機械效率的變化．
（5）實驗應采用控制變量法，探究斜面機械效率與物重的關系，應控制斜面傾角、斜面光滑程度不變而改變物重大小進行實驗．

解答 解：（l）為了使拉力方向必須與摩擦力方向保持在同一條直線上，所以應與斜面平行向上，并且拉動木塊做勻速直線運動；
（2）W_有1=Gh₁=5N×0.2m=1J；
W_總2=F₂s=3.6N×1m=3.6J；
η₃=$\frac{{W}_{有3}}{{W}_{總3}}$×100%=$\frac{3.5J}{4.3J}$×100%≈81.4%．
（3）比較數據：θ₃＞θ₂＞θ₁時，則拉力F₃＞F₂＞F₁，機械效率η₃＞η₂＞η₁；
即：斜面傾斜度θ越小時，越省力，斜面機械效率越低．
（4）若將小車換成等質量的木塊做實驗，則與斜面間的摩擦便由滾動變?yōu)榛瑒樱�摩擦力變大，測力計的示數變大，總功變大，有用功不變，因此有用功在總功中的比值變小，機械效率降低；
（5）探究斜面的機械效率與物重的關系，要保持斜面傾角不變，斜面的光滑程不變，只改變小車重力，這種研究問題的方法我們稱之為控制變量法．
故答案為：（1）平行于斜面向上；勻速直線；（2）（a）1；（b）3.6；（c） 81.4；（3）大；高（大）；（4）變大；變小；（5）斜面的傾斜角θ；小車的重力．

點評 本題考查通過斜面機械效率的實驗，考查了有用功、總功、機械效率的計算，并會綜合分析應用等．