Question

5．小芳同学设计了一个高度可调节的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系，如图所示．她首先测出小车重，然后用弹簧测力计沿斜面拉动小车，调节斜面倾斜角θ的大小多次测量，得到如表所示的数据：

斜面倾 斜角θ	小车重G/N	斜面高 h/m	斜面 长S/m	拉力 F/N	有用功 W有/J	总功 W总/J	机械效 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）实验过程中拉力的方向应为平行于斜面向上，小车在斜面上应做匀速直线运动．
（2）表格中的三处空格中的是数据应为：（a）1；（b）3.6；（c）81.4．
（3）分析如表中的数据，可以得出的探究结论是：斜面倾斜角θ越大，斜面拉力越大，斜面的机械效率越高（大）．
（4）若将小车换成等质量的木块做实验，则每组数据中测力计的示数将变大（变大\变小\不变），机械效率将变小（变大\变小\不变）．
（5）若想探究斜面的机械效率与物重的关系，则要保持斜面的倾斜角θ不变，只改变小车的重力．

Answer 1

分析 （1）实验过程中应沿斜面方向拉动木块做匀速直线运动；
（2）根据实验数据，利用W_有=Gh、W_总=Fs和η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$求出表格中的所缺的数据，完成表格．
（3）分析表格数据时，虽然拉力和机械效率的变化是因斜面的倾斜度的改变而引起的，但我们先比较省力时，倾斜度是如何变化，然后比较机械效率的变化．
（4）根据滑动摩擦与滚动摩擦的关系得出额外功的变化，从而可得机械效率的变化．
（5）实验应采用控制变量法，探究斜面机械效率与物重的关系，应控制斜面倾角、斜面光滑程度不变而改变物重大小进行实验．

解答 解：（l）为了使拉力方向必须与摩擦力方向保持在同一条直线上，所以应与斜面平行向上，并且拉动木块做匀速直线运动；
（2）W_有1=Gh₁=5N×0.2m=1J；
W_总2=F₂s=3.6N×1m=3.6J；
η₃=$\frac{{W}_{有3}}{{W}_{总3}}$×100%=$\frac{3.5J}{4.3J}$×100%≈81.4%．
（3）比较数据：θ₃＞θ₂＞θ₁时，则拉力F₃＞F₂＞F₁，机械效率η₃＞η₂＞η₁；
即：斜面倾斜度θ越小时，越省力，斜面机械效率越低．
（4）若将小车换成等质量的木块做实验，则与斜面间的摩擦便由滚动变为滑动，摩擦力变大，测力计的示数变大，总功变大，有用功不变，因此有用功在总功中的比值变小，机械效率降低；
（5）探究斜面的机械效率与物重的关系，要保持斜面倾角不变，斜面的光滑程不变，只改变小车重力，这种研究问题的方法我们称之为控制变量法．
故答案为：（1）平行于斜面向上；匀速直线；（2）（a）1；（b）3.6；（c） 81.4；（3）大；高（大）；（4）变大；变小；（5）斜面的倾斜角θ；小车的重力．

点评 本题考查通过斜面机械效率的实验，考查了有用功、总功、机械效率的计算，并会综合分析应用等．