Question

4．小南同学学过“机械效率”的知识后产生了一个疑问：“机械效率越高是否越省力？”针对这个问题，他借了一个弹簧测力计，利用家中的案板和茶杯做了如下的探究：
A．把杯子放在轻质薄膜袋里，向杯子中加入适量的水，用弹簧测力计测得杯子和水的总重力为G；
B．用案板做斜面，把一只水杯通过细绳与弹簧测力计连接，拉动弹簧测力计，把盛水的杯子匀速拉上斜面；
C．分别测出拉力F，杯子移动的距离S和升高的高度h；
D．改变斜面的高度，做4次实验，记录实验数据如表：

次数	重力G/H	升高高度h/m	有用功W有用/J	拉力F/N	移动距离S/m	总功W/J	机械效率
1	5	0.1		1.6	0.5
2	5	0.15	0.75	2.2	0.5	1.1	68%
3	5	0.2	1	2.7	0.5	1.35
4	5	0.25	1.25	3.1	0.5	1.55	81%

根据该同学的实验步骤和记录的数据，回答以下问题：
（1）计算并将表格补充完整．
（2）小南同学的疑问是否得到解决？分析实验数据，能得到什么结论？
（3）学完机械效率的知识，请你效仿小南同学提出一个新的疑问．

Answer 1

分析 （1）有用功、总功、机械效率，分别用公式W_有用=Gh、W_总=Fs、η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$求出；
（2）分析表中第5、8两列，可以解决小红的疑问，并且发现机械效率越高，拉力越大；
（3）克服摩擦力做的功为额外功，总功等于有用功与额外功的和，在有用功一定的情况下，减小额外功，可以提高机械效率

解答 解：
（1）第一次实验的有用功：W_有1=G₁h₁=5N×0.1m=0.5J，
总功：W_总1=F₁s₁=1.6N×0.5m=0.8J，
机械效率：η₁=$\frac{{W}_{有1}}{{W}_{总1}}$=$\frac{0.5J}{0.8J}$×100%=62.5%；
第三次实验的机械效率：η₃=$\frac{{W}_{有3}}{{W}_{总3}}$=$\frac{1J}{1.35J}$×100%≈74%；
数据如下表：

次数	重力G/H	升高高度h/m	有用功W有用/J	拉力F/N	移动距离S/m	总功W/J	机械效率
1	5	0.1	0.5	1.6	0.5	0.8	62.5%
2	5	0.15	0.75	2.2	0.5	1.1	68%
3	5	0.2	1	2.7	0.5	1.35	74%
4	5	0.25	1.25	3.1	0.5	1.55	81%

（2）分析表中第5列的拉力F与第8行列的机械效率可以看出，在重物与移动距离相同的情况下，机械效率逐渐增大，拉力F也在逐渐增大，因此，小红的疑问得到了解决；得到的结论是：斜面的机械效率越高，越不省力；
（3）影响机械效率高低的主要有原因是额外功，使用斜面时，克服摩擦力做的功为额外功，在有用功一定的情况下，减小额外功，可以提高机械效率；所以可以提出的问题是“机械效率越高是否斜面越光滑”．
故答案为：
（1）0.5；0.8；62.5%；74%；
（2）小南的疑问得到了解决；结论是：斜面的机械效率越高，越不省力；
（3）机械效率越高是否斜面越光滑．

点评 本题考查影响斜面机械效率的因素，采用了控制变量法，并且还要设计实验，难度大，综合性强．