Question

10．在簡(jiǎn)單機(jī)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(xué)在某次課外活動(dòng)課上想研究斜面的使用特點(diǎn)．他先用彈簧測(cè)力計(jì)把重為G的物體緩慢提起h高度，此時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)情況如圖（a）所示．再分別用彈簧測(cè)力計(jì)把該物體沿著傾角不同的光滑斜面拉到h高度，測(cè)力計(jì)的示數(shù)情況如圖（b）、（c）、（d）所示．請(qǐng)仔細(xì)觀 察圖中的操作和測(cè)力計(jì)的示數(shù)變化，然后歸納得出初步結(jié)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(shí)，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(shí)，斜面傾角越大，拉力越大．
（3）某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)們利用上面的三個(gè)斜面探究“斜面的機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中收集的數(shù)據(jù)如下表：

次數(shù)	傾斜程度	物塊重力G/N	斜面高h(yuǎn)/m	拉力F/N	斜面長(zhǎng)s/m	機(jī)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)沿斜面做勻速直線運(yùn)動(dòng)．
②分析表中的數(shù)據(jù)可知：在其它條件一定時(shí)，斜面越陡，機(jī)械效率越高（高/低）．
③該小組又進(jìn)行了第4次實(shí)驗(yàn)，他們?cè)谛泵嫔箱伾厦薏�，使斜面變粗糙，保持斜面高和長(zhǎng)分別是0.5m和1m，讀出此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為4.5N，他們測(cè)得這種情況下斜面的機(jī)械效率為55.6%（小數(shù)點(diǎn)后保留一位小數(shù)）．把第4次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與第2次測(cè)量結(jié)果相比較，還能得出：在其他條件一定時(shí)，斜面越粗糙，斜面的機(jī)械效率越低．
④實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中 彈簧測(cè)力計(jì)很難嚴(yán)格地沿斜面方向拉動(dòng)（如圖甲所示）．為了解決這個(gè)問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)經(jīng)過(guò)討論后，決定利用一個(gè)滑輪來(lái)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)．請(qǐng)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(yōu)點(diǎn)；
（2）比較圖（b）與（c）與（d）三圖中可以看出，實(shí)驗(yàn)斜面的材料相同，傾斜程度不同，拉力不同，比較數(shù)據(jù)可知，拉力與斜面的傾斜程度之間的關(guān)系，然后依據(jù)控制變量法的來(lái)概括得出結(jié)論；
（3）①?gòu)膶?shí)驗(yàn)操作方便的角度考慮，要測(cè)量沿斜面的拉力，就要讓木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，因?yàn)橹挥羞@樣，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)穩(wěn)定，測(cè)量才夠準(zhǔn)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(jī)械效率和傾斜程度的關(guān)系；
③根據(jù)W=Gh求出有用功，根據(jù)W=Fs求出總功，利用η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$求出這種情況下斜面的機(jī)械效率；
根據(jù)控制變量法分析四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，抓住變量和不變量即可得出結(jié)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(dòng)物體．

解答 解：
（1）比較圖（a）與（b）記錄的測(cè)力計(jì)的數(shù)據(jù)可以看出利用斜面時(shí)拉力變小了，即使用斜面緩慢提升重物時(shí)，可以省力．
（2）由記錄的數(shù)據(jù)可以看出斜面的傾斜程度不同時(shí)，拉力也不同，且斜面傾角越大，拉力越大，所以依據(jù)控制變量法可得出的結(jié)論是：使用斜面緩慢提升相同重物（到同一高度）時(shí)，斜面傾角越大，拉力越大．
（3）①沿斜面拉動(dòng)物體時(shí)，為使彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)穩(wěn)定，便于讀數(shù)，所以應(yīng)盡量使物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)；
②分析表中的數(shù)據(jù)可知：在其它條件一定時(shí)，斜面越陡，機(jī)械效率越高；
③這種情況下斜面的機(jī)械效率：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{5N×0.5m}{4.5N×1m}$×100%≈55.6%；
分析低2次和第4次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知斜面的機(jī)械效率與接觸面的粗糙程度有關(guān)，即在其他條件一定時(shí)，斜面越粗糙，斜面的機(jī)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(yīng)與斜面平行向上，通過(guò)使用定滑輪可以解決此問(wèn)題，如圖所示：

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

點(diǎn)評(píng) 本題考查斜面的機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)，涉及到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析概括、功的計(jì)算、效率的計(jì)算，關(guān)鍵是會(huì)根據(jù)控制變量法分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)規(guī)律．