Question

10．在簡單機械中，把有傾斜的坡面稱為斜面，它便于把重物推上某一高處．小明同學在某次課外活動課上想研究斜面的使用特點．他先用彈簧測力計把重為G的物體緩慢提起h高度，此時測力計的示數情況如圖（a）所示．再分別用彈簧測力計把該物體沿著傾角不同的光滑斜面拉到h高度，測力計的示數情況如圖（b）、（c）、（d）所示．請仔細觀 察圖中的操作和測力計的示數變化，然后歸納得出初步結論．
（1）比較圖（a）與（b）〔或（a）與（c）或（a）與（d）〕兩圖可知：使用斜面緩慢提升重物時，可以省力．
（2）比較圖（b）與（c）與（d）三圖可知：使用斜面緩慢提升相同重物（到同一高度）時，斜面傾角越大，拉力越大．
（3）某實驗小組的同學們利用上面的三個斜面探究“斜面的機械效率”實驗，他們在實驗過程中收集的數據如下表：

次數	傾斜程度	物塊重力G/N	斜面高h/m	拉力F/N	斜面長s/m	機械效率η
1	較緩	5	0.2	2.4	1	41.7%
2	較陡	5	0.5	3.2	1	78.1%
3	最陡	5	0.7	4.3	1	81.4%

①實驗過程中應拉動彈簧測力計沿斜面做勻速直線運動．
②分析表中的數據可知：在其它條件一定時，斜面越陡，機械效率越高（高/低）．
③該小組又進行了第4次實驗，他們在斜面上鋪上棉布，使斜面變粗糙，保持斜面高和長分別是0.5m和1m，讀出此時彈簧測力計的示數為4.5N，他們測得這種情況下斜面的機械效率為55.6%（小數點后保留一位小數）．把第4次實驗數據與第2次測量結果相比較，還能得出：在其他條件一定時，斜面越粗糙，斜面的機械效率越低．
④實驗小組的同學發現在實驗過程中 彈簧測力計很難嚴格地沿斜面方向拉動（如圖甲所示）．為了解決這個問題，實驗小組的同學經過討論后，決定利用一個滑輪來改進實驗．請你在乙圖中畫出使用此滑輪的方法

Answer 1

分析 （1）比較圖（a）與（b）〔或（a）與（c）或（a）與（d）〕兩圖中的拉力大小即可得出使用斜面的優點；
（2）比較圖（b）與（c）與（d）三圖中可以看出，實驗斜面的材料相同，傾斜程度不同，拉力不同，比較數據可知，拉力與斜面的傾斜程度之間的關系，然后依據控制變量法的來概括得出結論；
（3）①從實驗操作方便的角度考慮，要測量沿斜面的拉力，就要讓木塊做勻速直線運動，因為只有這樣，彈簧測力計的示數穩定，測量才夠準確；
②分析斜面的傾斜程度和拉力的大小，可以得出斜面的機械效率和傾斜程度的關系；
③根據W=Gh求出有用功，根據W=Fs求出總功，利用η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$求出這種情況下斜面的機械效率；
根據控制變量法分析四組實驗數據，抓住變量和不變量即可得出結論；
④利用斜面提升重物，額外功主要是克服摩擦力而做的功，拉力方向必須與摩擦力方向保持在同一條直線上，且勻速拉動物體．

解答 解：
（1）比較圖（a）與（b）記錄的測力計的數據可以看出利用斜面時拉力變小了，即使用斜面緩慢提升重物時，可以省力．
（2）由記錄的數據可以看出斜面的傾斜程度不同時，拉力也不同，且斜面傾角越大，拉力越大，所以依據控制變量法可得出的結論是：使用斜面緩慢提升相同重物（到同一高度）時，斜面傾角越大，拉力越大．
（3）①沿斜面拉動物體時，為使彈簧測力計的示數穩定，便于讀數，所以應盡量使物體做勻速直線運動；
②分析表中的數據可知：在其它條件一定時，斜面越陡，機械效率越高；
③這種情況下斜面的機械效率：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{5N×0.5m}{4.5N×1m}$×100%≈55.6%；
分析低2次和第4次實驗數據可知斜面的機械效率與接觸面的粗糙程度有關，即在其他條件一定時，斜面越粗糙，斜面的機械效率越低；
④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，通過使用定滑輪可以解決此問題，如圖所示：

故答案為：
（1）使用斜面緩慢提升重物時，可以省力；
（2）使用斜面緩慢提升相同重物（到同一高度）時，斜面傾角越大，拉力越大；
（3）①勻速直線；②高；③55.6%；2；④見上圖．

點評 本題考查斜面的機械效率的實驗，涉及到實驗數據的分析概括、功的計算、效率的計算，關鍵是會根據控制變量法分析實驗數據總結規律．