Question

某物理學(xué)習(xí)小組，針對(duì)同學(xué)中存在的有關(guān)斜面問(wèn)題的一些疑惑，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究和理論探究活動(dòng)．
[實(shí)驗(yàn)探究]
將長(zhǎng)度為 1m的長(zhǎng)木板的一端墊高，構(gòu)成長(zhǎng)度一定高度可調(diào)的斜面（如圖所示）．用沿斜面向上的拉力F使重為10N的滑塊沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng)．完成斜面機(jī)械效率測(cè)量．表呈現(xiàn)的是部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4
斜面高度h/m	0.15	0.20	0.25	0.30
拉力F/N	2.7	3.2	3.6	4.1
機(jī)械效率η	0.56	0.63	0.69	0.73

（1）疑惑一：“斜面的機(jī)械效率越高越省力嗎？”
請(qǐng)報(bào)據(jù)表3中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，寫(xiě)出正確的結(jié)論．

 

；
（2）疑惑二，“斜面傾斜程度越大拉力越大，滑塊受到的摩擦力也一定越大嗎？”
請(qǐng)進(jìn)一步分析表3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，寫(xiě)出正確的結(jié)論：

 

．
簡(jiǎn)述理由：
[理論探究]
（3）疑惑三．“滑塊受到的摩擦力是一個(gè)‘不可直接測(cè)量’量，能通過(guò)‘可測(cè)量’量求出摩擦力嗎？”
請(qǐng)根據(jù)已有的知識(shí)推導(dǎo)：對(duì)于傾斜程度不同的斜面，在拉力F作用下（拉力方向沿斜面向上）使重為G的滑塊沿斜面勻速移動(dòng)時(shí)，滑塊受到的摩擦力f的數(shù)學(xué)表達(dá)式（斜面的長(zhǎng)L和斜面的高h(yuǎn)均為“可測(cè)量”量）

Answer 1

分析：（1）分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的拉力和機(jī)械效率的數(shù)值，可以得出機(jī)械效率和拉力大小的關(guān)系；
（2）分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中斜面的高度、拉力、機(jī)械效率數(shù)值變化，結(jié)合機(jī)械效率的概念就可得出摩擦力的變化情況；
（3）滑塊在拉力作用下勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)功的原理列出等式就可得出摩擦力的表達(dá)式．

解答：解：（1）從表中第1到3次實(shí)驗(yàn)可以看出，機(jī)械效率逐漸增大，拉力也逐漸增大，越來(lái)越費(fèi)力；
（2）斜面傾斜程度通過(guò)斜面的高度體現(xiàn)，斜面越高傾斜程度越大，從表中第1到3次實(shí)驗(yàn)記錄可見(jiàn)斜面越高，拉力越大，機(jī)械效率越大；機(jī)械效率越大，說(shuō)明克服摩擦力做的額外功越小，說(shuō)明摩擦力越小．
（3）分兩種情況分析：
①滑塊勻速運(yùn)動(dòng)的方向向上時(shí)，重力做的功和摩擦力做的功方向是一致的，與拉力做的功方向相反，根據(jù)功的關(guān)系可得FL=Gh+fL，則摩擦力f=F-

Gh

L

；
②滑塊勻速運(yùn)動(dòng)的方向向下時(shí)，拉力做的功和摩擦力做的功方向是一致的，與重力做的功方向相反，根據(jù)功的關(guān)系可得Gh=FL+fL，則摩擦力f=

Gh

L

-F．
故答案為：（1）機(jī)械效率越高的斜面，不一定越省力（或機(jī)械效率越高的斜面越費(fèi)力）；
（2）斜面傾斜程度越大拉力越大，但摩擦力不一定越大（或摩擦力越小）．
理由：因?yàn)橛蓪?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知斜面傾斜程度變大，斜面的機(jī)械效率隨之變大，額外功占總功的比例變小，所以摩擦力不一定變大（或斜面傾斜程度變大，滑塊對(duì)斜面的壓力變小，因此滑塊受到的摩擦力變�。�；
（3）當(dāng)滑塊沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)：由功的關(guān)系FL=Gh+fL，可得f=F-

Gh

L

；當(dāng)滑塊沿斜面勻速向下運(yùn)動(dòng)時(shí)：由功的關(guān)系Gh=FL+fL，可得力f=

Gh

L

-F．

點(diǎn)評(píng)：本題重點(diǎn)是數(shù)據(jù)的分析和處理，以及歸納總結(jié)能力的考查，物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，合外功等于零即正功等于負(fù)功，也就是同方向上的功的和等于反方向上功的和．