Question

小紅學(xué)過“機(jī)械效率”的知識(shí)后，產(chǎn)生了一個(gè)疑問：“機(jī)械的機(jī)械效率越高是否越省力？”針對(duì)這個(gè)問題，小紅向老師借來(lái)了一只彈簧測(cè)力計(jì)，利用家中的“案板（切菜用）”和茶杯做了如下的探究：
（1）把杯子放在塑料袋中，向杯子中加入適量的水，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)得杯子和水的總重力為G；
（2）用“案板”做斜面，如圖所示，把一只水杯通過細(xì)繩與彈簧測(cè)力計(jì)連接，拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使水杯沿斜面勻速移動(dòng)到斜面頂端；
（3）分別測(cè)出拉力F，杯子移動(dòng)的距離s和杯子升高的高度h；
（4）改變斜面的高度，做4次實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

次數(shù) 物理量	1	2	3	4
重力G/N	5	5	5	5
升高h(yuǎn)/m	0.1	0.15	0.2	0.25
有用功W有/J		0.75	1	1.25
拉力F/N	1.6	2.2	2.7	3.1
移動(dòng)距離s/m	0.5	0.5	0.5	0.5
總功W總/J		1.1	1.35	1.55
機(jī)械效率η		0.68		0.81

Ⅰ．請(qǐng)計(jì)算并將數(shù)據(jù)填入表格中的4個(gè)空格
Ⅱ．小紅的疑問是否得到解決？分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能得到什么結(jié)論？
Ⅲ．完成上面的實(shí)驗(yàn)后，小紅又產(chǎn)生了一個(gè)猜想：“如果減小斜面的摩擦，可以提高斜面的機(jī)械效率．”那么：
1．請(qǐng)你用學(xué)過的知識(shí)說(shuō)明小紅的猜想是否正確（簡(jiǎn)述理由）
2．你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步證明你對(duì)小紅的猜想所作出的判斷．

Answer 1

【答案】分析：Ⅰ．克服重力做的功為有用功，拉力做的功為總功，機(jī)械效率等于有用功與總功的比值；
Ⅱ．分析表中第5、8兩行，可以解決小紅的疑問；并且發(fā)現(xiàn)機(jī)械效率越高，拉力越大；
Ⅲ．（1）克服摩擦力做的功為額外功，總功等于有用功與額外功的和，在有用功一定的情況下，減小額外功，可以提高機(jī)械效率；
（2）小紅的猜想是“探究摩擦力對(duì)斜面機(jī)械效率的影響”，需要在控制斜面傾斜程度、物重、斜面高度、斜面長(zhǎng)度相同的基礎(chǔ)上，改變斜面的粗糙程度，從而改變摩擦力的大小，記錄彈簧測(cè)力的示數(shù)，計(jì)算出機(jī)械效率，比較機(jī)械效率隨摩擦力的變化情況．
解答：解：
Ⅰ．W_有=Gh=5N×0.1m=0.5J
W_總=Fs=1.6N×0.5m=0.8J
η₁=≈63%，
η₂=≈74%；
Ⅱ．分析表中的拉力與機(jī)械效率，小紅的疑問得到了解決；得到的結(jié)論是：斜面的機(jī)械效率越高，越不省力；
Ⅲ．（1）影響機(jī)械效率高低的主要有原因是額外功，使用斜面時(shí)，克服摩擦力做的功為額外功，在有用功一定的情況下，減小額外功，可以提高機(jī)械效率；
（2）采用控制變量法：控制斜面傾斜程度、物重、斜面高度、斜面長(zhǎng)度相同，換用毛巾、棉布、玻璃等不同的接觸面材料改變斜面粗糙程度，從而改變摩擦力，計(jì)算出機(jī)械效率進(jìn)行比較．
故答案為：
Ⅰ．0.5；0.8；63%；74%；
Ⅱ小紅的疑問得到了解決，物重相同，機(jī)械效率增大時(shí)，并不更省力
Ⅲ（1）正確，因?yàn)樾泵鎸?duì)物體的摩擦力是導(dǎo)致額外功的原因
（2）用等高、等長(zhǎng)的斜面，先后在木板斜面、棉布斜面、毛巾斜面上重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)，即可驗(yàn)證小紅的猜想．
點(diǎn)評(píng)：本題考查影響斜面機(jī)械效率的因素，采用了控制變量法，并且還要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，難度大，綜合性強(qiáng)．