Question

5．小芳同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)高度可調(diào)節(jié)的斜面來(lái)探究斜面的省力情況、斜面的機(jī)械效率與斜面的傾斜程度之間的關(guān)系，如圖所示．她首先測(cè)出小車(chē)重，然后用彈簧測(cè)力計(jì)沿斜面拉動(dòng)小車(chē)，調(diào)節(jié)斜面傾斜角θ的大小多次測(cè)量，得到如表所示的數(shù)據(jù)：

斜面傾 斜角θ	小車(chē)重G/N	斜面高 h/m	斜面 長(zhǎng)S/m	拉力 F/N	有用功 W有/J	總功 W總/J	機(jī)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中拉力的方向應(yīng)為平行于斜面向上，小車(chē)在斜面上應(yīng)做勻速直線運(yùn)動(dòng)．
（2）表格中的三處空格中的是數(shù)據(jù)應(yīng)為：（a）1；（b）3.6；（c）81.4．
（3）分析如表中的數(shù)據(jù)，可以得出的探究結(jié)論是：斜面傾斜角θ越大，斜面拉力越大，斜面的機(jī)械效率越高（大）．
（4）若將小車(chē)換成等質(zhì)量的木塊做實(shí)驗(yàn)，則每組數(shù)據(jù)中測(cè)力計(jì)的示數(shù)將變大（變大\變小\不變），機(jī)械效率將變小（變大\變小\不變）．
（5）若想探究斜面的機(jī)械效率與物重的關(guān)系，則要保持斜面的傾斜角θ不變，只改變小車(chē)的重力．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)沿斜面方向拉動(dòng)木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用W_有=Gh、W_總=Fs和η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$求出表格中的所缺的數(shù)據(jù)，完成表格．
（3）分析表格數(shù)據(jù)時(shí)，雖然拉力和機(jī)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(shí)，傾斜度是如何變化，然后比較機(jī)械效率的變化．
（4）根據(jù)滑動(dòng)摩擦與滾動(dòng)摩擦的關(guān)系得出額外功的變化，從而可得機(jī)械效率的變化．
（5）實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用控制變量法，探究斜面機(jī)械效率與物重的關(guān)系，應(yīng)控制斜面傾角、斜面光滑程度不變而改變物重大小進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

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(yīng)與斜面平行向上，并且拉動(dòng)木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)；
（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(shù)據(jù)：θ₃＞θ₂＞θ₁時(shí)，則拉力F₃＞F₂＞F₁，機(jī)械效率η₃＞η₂＞η₁；
即：斜面傾斜度θ越小時(shí)，越省力，斜面機(jī)械效率越低．
（4）若將小車(chē)換成等質(zhì)量的木塊做實(shí)驗(yàn)，則與斜面間的摩擦便由滾動(dòng)變?yōu)榛瑒?dòng)，摩擦力變大，測(cè)力計(jì)的示數(shù)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(jī)械效率降低；
（5）探究斜面的機(jī)械效率與物重的關(guān)系，要保持斜面傾角不變，斜面的光滑程不變，只改變小車(chē)重力，這種研究問(wèn)題的方法我們稱(chēng)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(chē)的重力．

點(diǎn)評(píng) 本題考查通過(guò)斜面機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)，考查了有用功、總功、機(jī)械效率的計(jì)算，并會(huì)綜合分析應(yīng)用等．