(2008?南通一模)小紅學(xué)過“機(jī)械效率”的知識后,產(chǎn)生了一個疑問:“機(jī)械的機(jī)械效率越高是否越省力?”針對這個問題,小紅向老師借來了一只彈簧測力計(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,用彈簧測力計(jì)測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)繩與彈簧測力計(jì)連接,拉動彈簧測力計(jì),使水杯沿斜面勻速移動到斜面頂端;
(3)分別測出拉力F,杯子移動的距離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/J 0.75 1 1.25
拉力F/N 1.6 2.2 2.7 3.1
移動距離s/m 0.5 0.5 0.5 0.5
總功W/J 1.1 1.35 1.55
機(jī)械效率η 0.68 0.81
Ⅰ.請計(jì)算并將數(shù)據(jù)填入表格中的4個空格
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.請你用學(xué)過的知識說明小紅的猜想是否正確(簡述理由)
2.你設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步證明你對小紅的猜想所作出的判斷.
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=Gh=5N×0.1m=0.5J
W=Fs=1.6N×0.5m=0.8J
η1=
0.5J
0.8J
=62.5%,
η2=
1J
1.35J
≈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,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;62.5;74;
Ⅱ小紅的疑問得到了解決,物重相同,機(jī)械效率增大時,并不更省力
Ⅲ(1)正確,因?yàn)樾泵鎸ξ矬w的摩擦力是導(dǎo)致額外功的原因
(2)用等高、等長的斜面,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: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).
練習(xí)冊系列答案
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①小男孩克服摩擦做功,動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;
②小男孩從滑梯上滑下時,重力勢能轉(zhuǎn)化為動能;
③小男孩的臀部吸熱,內(nèi)能增加,溫度升高;
以上三句正確的排列順序( 。

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