Question

3．在探究“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和粗糙程度的关系”实验中，所用的实验器材有：支架、带有滑轮的长木板（滑轮与木板之间的距离是可调的）、带挂钩的木块、弹簧测力计、棉布、毛巾、刻度尺、细线等．实验装置如图所示．
（1）为保证实验数据准确，读数时木块必须处在匀速运动状态．
（2）通过长木板上的定滑轮拉木块的优点是拉物体时，能使木块所受拉力的方向与木板的方向平行（写一条）．
（3）测得的实验数据如下表：

实验次数	斜面倾斜程度	接触面	木块重G/N	斜面高度h/m	拉力F/N	斜面长S/m	机械效率η
1	最陡	木块与木板	5.0	0.20	4.5	0.30	71.4%
2	较陡	木块与木板	5.0	0.20	3.8	0.40	65.8%
3	较缓	木块与木板	5.0	0.20	3.4	0.50	58.9%
4	较缓	木块与棉布	5.0	0.20	4.0	0.50	？
5	较缓	木块与毛巾	5.0	0.20	4.8	0.50	41.7%

①第4次实验测得的机械效率η=50%．
②第5次在毛巾面上运动时，木块受到的摩擦力为2.8N．
③根据第1、2、3三次实验的信息，可得出的结论是：斜面粗糙程度一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高．

Answer 1

分析 （1）（2）用弹簧测力计测拉力时，要其做匀速直线运动，这样的示数才准确，因此，滑轮也为这一实验要求发挥了作用；
（3）①计算机械效率时要明确各量的关系，代入公式进行计算；
②把W_总=Fs，W_有=Gh，W_额=fs代入W_总=W_有+W_额得出：Fs=Gh+fs，把第四次实验中的数据代入此式，解方程可算出f；
③分析实验数据时，要明确变量与不变量是什么，再分析变量间的数量关系．

解答 解：
（1）只有木块做匀速运动时，弹簧测力计的示数与拉力大小相等，弹簧测力计的示数才更准确；
（2）利用滑轮改变了一下绳子的方向，使木块所受拉力的方向与木板的方向始终平行，使示数更加准确稳定，读数时也更方便；
（3）①第4次实验的机械效率η=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{5N×0.2m}{4N×0.5m}$=50%；
②因为W_总=W_有+W_额，
W_总=Fs，W_有=Gh，W_额=fs，
所以Fs=Gh+fs，
把第5次实验数据代入上式得：
4.8N×0.5m=5N×0.2m+f×0.5m，
解得：f=2.8N；
③比较第1、2、3三次实验可以看出，这是在斜面粗糙程度不变的情况下进行的研究，因此，可得出的结论是：斜面粗糙程度一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高．
故答案为：（1）匀速运动；（2）拉物体时，能使木块所受拉力的方向与木板的方向平行；（3）①50%；②2.8；③斜面粗糙程度一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高．

点评 在探究“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和粗糙程度的关系”实验中，要明确每次探究的目的，根据控制变量法的要求，控制其中一个量不变，再探究斜面机械效率与另一个变量的关系．当然，为了使弹簧测力计的读数更加准确稳定，采取一定的措施还是很必要的．