Question

15．如图所示是某同学“探究斜面”实验装置图．实验前他做了如下猜想：
A．斜面的机械效率可能与斜面的粗糙程度有关．
B．斜面的机械效率可能与斜面的倾斜度有关．
他在实验时用弹簧测力计拉着同一木块沿斜面向上做匀速直线运动，分别做了四次实验，并记录实验数据如下：

实验次数	斜面倾斜程度	斜面粗糙 程度	木块重量G/N	斜面高h/m	拉力F/N	斜面长 s/m	有用功 W有/J	总功W总/J	机械效率 η
1	较缓	木板表面	2	0.1	0.6	0.5	0.2	0.3	67%
2	较陡	木板表面	2	0.2	1	0.5	0.4	0.5	80%
3	最陡	木板表面	2	0.3	1.4	0.5	0.6	0.7	86%
4	最陡	毛巾表面	2	0.3	1.6	0.5

（1）实验中，测有用功和总功的原理是W_有=Gh、W_总=Fs，测机械效率的原理是η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$．
（2）弹簧测力计应沿斜面方向匀速拉动，且运动中（静止时/运动中）读数．
（3）请将上表所缺的数据补充完整．
（4）比较3、4两次实验可知猜想A是正确的．
（5）比较1、2、3次实验得到的结论是：当斜面粗糙程度、木块重量相同时，斜面越陡沿斜面的拉力越大，机械效率越高．
（6）从数据可知斜面可以省力，但不能省功．（力/功）
（7）若要探究斜面机械效率与物重的关系，简述实验方案保持粗糙程度和倾斜程度不变，只改变物体的重力进行试验即可．

Answer 1

分析 （1）根据W_有用=Gh计算有用功，根据W_总=Fs计算总功，根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$计算机械效率；
（2）要正确测出拉力的大小，需要沿斜面匀速向上拉动测力计；在拉动弹簧测力计时，不仅要克服物体和动滑轮的重力，而且要克服摩擦做功；
（3）根据表中实验数据，应用功的计算公式求出有用功与总功，然后由效率公式求出斜面的效率；
（4）要验证猜想A、斜面的机械效率可能与斜面的粗糙程度有关，应控制物体重力、斜面倾斜程度、斜面高度相同而斜面粗糙程度不同，分析表中实验数据，然后答题；
（5）根据表中1、2、3三次实验数据，应用控制变量法分析答题；
（6）使用斜面可以省力，但不可以省功；
（7）若想探究斜面的机械效率与物重的关系，必须控制其它因素不变，只改变物体的重力．

解答 解：
（1）测量有用功的原理：W_有=Gh，测量总功的原理：W_总=Fs；测量机械效率的原理：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$；
（2）要正确地测出拉力的大小，需沿斜面向上匀速拉动测力计；
若在静止时读数，此时测得的拉力没有克服摩擦力，所以计算出的总功偏小，所以需要在运动中读数；
（3）由表中第四组实验数据可知，W_有=Gh=×0.3m=0.6J，W_总=Fs=1.6N×0.5m=0.8J，
斜面效率η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{0.6J}{0.8J}$×100%=75%；
（4）由表中3、4两次实验数据可知，在斜面粗糙程度不同而斜面的倾斜程度相同时，斜面的效率不同，由此可知，斜面的机械效率与斜面的粗糙程度有关，故猜想A正确；
（5）由表中第1、2、3此实验数据可知，当斜面粗糙程度、木块重量相同时，斜面越陡沿斜面的拉力越大，机械效率越高；
（6）由数据分析可知，使用斜面时，拉力小于重力，但总功总大于有用功，即使用斜面可以省力，但不可以省功；
（7）若想探究斜面的机械效率与物重的关系，则要保持粗糙程度和倾斜程度不变，只改变物体的重力进行试验即可．
故答案为：（1）W_有=Gh、W_总=Fs；η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$；（2）斜面；匀速；运动中；（3）0.6；0.8；75%；（4）3、4；（5）大；高；（6）力；功；（7）保持粗糙程度和倾斜程度不变，只改变物体的重力进行试验即可．

点评 本题考查了求功、斜面的效率、实验数据分析等问题，熟练应用功的计算公式、效率公式、应用控制变量法认真分析实验数据即可正确解题．