Question

12．小明设计的“测量斜面的机械效率”的实验，如图所示．用高为30cm的木块将带有刻度的平木板垫起，构成一个斜面．

（1）实验过程中沿斜面拉着小车做匀速直线运动，在运动中（选填“静止时”或“运动中”）读出拉力．
（2）在此过程中拉力做的有用功为0.8J，斜面的机械效率为66.7%，小车所受摩擦力小于拉力（选填“大于”、“等于”或“小于”）；
（3）改变木块所垫的位置，可以探究斜面的机械效率跟斜面倾斜角度的关系．

Answer 1

分析 （1）因实验过程中沿斜面拉着小车做匀速直线运动，故在运动中读出拉力，若在静止时读数，没有测量出车与斜面的摩擦力；
（2）由图判断物体沿斜面移动的距离和升高的高度，
根据W_有用=Gh求有用功；
根据W_总=Fs求做的总功：
根据η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%求斜面的机械效率；
实验过程中，用弹簧测力计拉物体在斜面上做匀速直线运动时，克服摩擦力f所做的功是额外功，分析总功和额外功的大小即可得出答案；
（3）改变木块所垫的位置，可改变斜面的倾斜程度，根据控制变量法回答．

解答 解：（1）因实验过程中沿斜面拉着小车做匀速直线运动，故在运动中读出拉力，若在静止时读数，没有测量出车与斜面的摩擦力，测量值偏小；
（2）由图知，物体沿斜面运动了80cm，测力计分度值为0.1N，示数为1.5N，升高的高度为40cm，在此过程中拉力做的有用功为：
W_有用=Gh=2N×0.4m=0.8J，
做的总功：
W_总=Fs=1.5N×0.8m=1.2J
斜面的机械效率为：
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{0.8J}{1.2J}$×100%≈66.7%；
实验过程中，克服摩擦力f所做的功是额外功，用弹簧测力计的拉力所做的功是总功，
根据W_总=W_有+W_额，W_额小于W_总，即fs小于Fs，斜面的长s相同，所以车所受摩擦力f＜拉力F；
（3）改变木块所垫的位置，可改变斜面的倾斜程度，故在其它不变的情况下，可以探究斜面的机械效率跟斜面倾斜角度的关系．
故答案为：（1）运动中；（2）0.8J；66.7%；小于；（3）斜面倾斜角度．

点评 本题量斜面的机械效率，考查实验注意事项、机械效率的计算、力的大小分析和控制变量法的运用．关键是从图中获取有效的信息．