Question

7．小明学过机械效率后，提出了一个问题：“斜面的倾斜程度与斜面的机械效率是否有关”？针对这个问题他做了在斜面上匀速拉动物块的探究实验，如图所示，并记录实验数据如下：

实验次数	斜面的斜程度	物体重G/N	物体上升高度h/m	沿斜面拉力F/N	物体移动距离s/m	有用功W有/J	总功W总/J	机械效率η
1	较缓	5.0	0.1	1.6	0.5	0.5	0.8	63%
2	较陡	5.0	0.15	2.2	0.5
3	最陡	5.0	0.25	3.1	0.5	1.25	1.55	80.6%

（1）通过对上述实验数据的分析，你对斜面省力情况与斜面的倾斜程度的关系是：斜面越陡，越费力．
（2）通过对上述实验数据的分析，你对斜面机械效率问题可获得的初步的结论是：斜面越陡，机械效率越高．
（3）在拉动物体时，应该如何拉动应保持木块沿斜面向上做匀速直线运动．
（4）如开始物体静止在斜面上，匀速往上拉动和匀速往下拉动，机械效率是否相等，不相等，往什么方向拉动时机械效率大匀速往下拉动．
（5）第二次实验的机械效率为多少68.2%．

Answer 1

分析 （1）分析表中第二列与第五列，斜面越陡越费力，斜面越缓越省力；
（2）分析表中第二列与第九列，斜面倾斜程度越大斜面机械效率越高；
（3）利用斜面提升重物，有用功是克服物体重力而做的功，额外功主要是克服摩擦力而做的功，物体加速运动，会使物体的动能增加，从而增加额外功，所以拉力方向必须与摩擦力方向保持在同一条直线上，且匀速拉动物体；
（4）开始物体静止在斜面上，匀速往上拉动和匀速往下拉动物体时，物体受到的摩擦力不变，额外功不变，向上匀速运动时的有用功为克服物体重力做的功，向下运动时有用功为拉力做的功减去重力做的功，则向上匀速时总功大于向下的总功，然后根据机械效率公式比较得出答案；
（5）根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%求出第二次实验的机械效率．

解答 解：（1）从表中数据知：斜面倾斜程度越大，需要的拉力越大，即：斜面越陡越费力；
（2）实验中在控制了物重、斜面与物体接触面的粗糙程度等相同的情况下，斜面倾斜程度越大斜面机械效率越高；
（3）为了便于测量拉力和尽量减小不必要的额外功，应保持木块沿斜面向上拉动木块，使其做匀速直线运动；
（4）开始物体静止在斜面上，匀速往上拉动和匀速往下拉动物体时，
物体对斜面的压力（重力垂直斜面的分力）不变，接触面的粗糙程度不变，则受到的摩擦力不变，额外功不变，
向上匀速运动时的有用功为克服物体重力做的功，向下运动时有用功为拉力做的功减去重力做的功，
因向下运动时拉力等于摩擦力减去重力沿斜面的分力，向上运动时拉力等于重力沿斜面的分力加上摩擦力，
所以，由总功等于额外功加上有用功可知，向上运动时总功大于向下的总功，
由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%可知，匀速往下拉动物体时的机械效率较高；
（5）第二次实验的机械效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{5.0N×0.15m}{2.2N×0.5m}$×100%≈68.2%．
故答案为：
（1）费力；
（2）斜面越陡，机械效率越高；
（3）应保持木块沿斜面向上做匀速直线运动；
（4）不相等；匀速往下拉动；
（5）68.2%．

点评 本题通过实验探究斜面的机械效率、省力与斜面倾斜程度的关系，其中考查了有用功、总功、机械效率的计算，对这几个概念一定要做到真正理解，同时能根据实验数据分析得出结论．