Question

10．如图是小明探究影响斜面机械效率因素的实验装置，他在实验时用弹簧测力计拉着同一木块沿着不同的斜面匀速向上运动，实验测量的数据如表，请你解答下列问题：

实验次数	斜面倾角	斜面材料	物重 G/N	斜面高度h/m	沿斜面拉力F/N	斜面长S/m	有用功 W有/J	总功 W总/J	机械效率η
1	20°	木板	5	0.27	3.5	0.8	1.35	2.80	48.2%
2	30°	木板	5	0.40	4.3	0.8	2.00	3.44
3	40°	玻璃	5	0.51	4.2	0.8	2.55	3.36	75.9%
4	40°	木板	5	0.51	5.0	0.8	2.55	4.00	63.8%
5	40°	毛巾	5	0.51	5.7	0.8	2.55	4.56	55.9

（1）请计算出第2次实验中的机械效率，并填入上面表格中（小数点后保留一位）．
（2）利用机械做功的过程中，都不可避免的要做一部分额外功，W_额外=W_总-W_有，该实验利用斜面提升重物的过程中，克服物块与斜面间的摩擦力所做的功即为额外功，在第4次实验中，克服摩擦力所做的额外功为1.45J，物块沿斜面上升过程中受到的摩擦力为1.8N．（小数点后保留一位）
（3）分析第1、2、4次实验数据，可得出：在斜面粗糙程度一定时，斜面的倾斜程度越大，斜面的机械效率越高．
（4）分析第3、4、5次实验数据，可得出：在斜面倾斜程度相同时，斜面越光滑，机械效率越高．
（5）在分析完影响斜面机械效率的因素后，小明发现其实沿斜面的拉力大小也是有规律的，如分析第1、2、4次实验中拉力的大小，可得出：沿粗糙程度一定的斜面匀速拉动同一物块，斜面倾斜程度越大，则所需拉力越大．

Answer 1

分析 （1）根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$求出第2次实验中的机械效率；
（2）从表格中找到第4次实验时总功、有用功的数值，根据W_总=W_有+W_额算出额外功，再根据W_额=fs可算出摩擦力f；
（3）第1、2、4次实验斜面的材料相同，倾斜程度不同，观察比较数据得出结论；
（4）第3、4、5次实验斜面的倾斜程度相同，材料不同，观察比较数据得出结论；
（5）斜面的省力程度与斜面的光滑程度和倾斜程度有关．

解答 解：
（1）第2次实验中的机械效率为：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{2.00J}{3.44J}$×100%≈58.1%；
（2）第4次实验时，根据表格数据可知，W_总=4.00J，W_有=2.55J，
因为W_总=W_有+W_额，
所以W_额=W_总-W_有=4.00J-2.55J=1.45J，
又因为W_额=fs，s=0.8m，
所以木块受到的摩擦力：f=$\frac{{W}_{额}}{s}$=$\frac{1.45J}{0.8m}$≈1.8N；
（3）第1、2、4次实验中，斜面的材料相同（即斜面的光滑程度相同），斜面倾角不同（即斜面倾斜程度不同）；根据第1、2、4次记录的数据可以看出：斜面倾斜程度越大时，斜面的机械效率越高．
故可得出：在斜面光滑程度一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高．
（4）第3、4、5次实验中，斜面倾角相同（即斜面倾斜程度相同），斜面的材料不同（即斜面的光滑程度不同）；由第3、4、5次记录的数据可以看出：在斜面倾斜程度相同时，斜面越光滑，机械效率越高．
故可得出：在斜面倾斜程度相同时，斜面越光滑，机械效率越高（或者：在斜面倾斜程度相同时，斜面越粗糙，机械效率越低）．
（5）通过分析第1、2、4次实验中拉力的大小，可得出：沿粗糙程度一定的斜面匀速拉动同一物块，斜面倾斜程度越大，则所需拉力越大．
故答案为：（1）58.1%；（2）1.45；1.8；（3）越高；（4）在斜面倾斜程度相同时，斜面越光滑，机械效率越高；（5）越大．

点评 本题考查了斜面机械效率的影响因素，利用控制变量法探究斜面机械效率跟各因素之间的关系．