Question

9．如图所示，某实验中学的同学们在探究“斜面的机械效率”实验时，用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块，收集了表中的实验数据．

实验次数	倾斜程度	物重G/N	斜面高h/m	拉力F/N	斜面长s/m	机械效率η
1	较缓	5	0.2	2.4	1	41.7%
2	较陡	5	0.5	3.2	1	78.1%
3	最陡	5	0.7	4.3	1	81.4%

（1）分析表中的数据可得出：在其它条件一定时，斜面越缓越省力（选填“省”或“费”）；斜面越陡，机械效率越高（选填“高”或“低”）．
（2）该小组又进行了第4次实验，他们在斜面上铺上棉布，使斜面变粗糙，保持斜面高和长分别是0.7m和1m，用弹簧测力计拉动同一物块沿斜面向上做匀速直线运动，读出此时弹簧测力计的示数为4.5N，他们测得这种情况下斜面的机械效率为77.8%．把第4次与第3次测量结果相比较，还能得出，在其它条件一定时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低．
（3）当用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块时，物块所受的拉力大于物块所受的摩擦力（选填“大于”、“小于”或“等于”）．
（4）斜面在生产和生活中应用广泛，请你举出一个生产或生活中利用斜面的实例．举例：盘山公路．

Answer 1

分析 （1）分析表格数据时，显然拉力和机械效率的变化是因斜面的倾斜程度的改变而引起的．斜面的省力情况通过弹簧测力计测力计的示数体现，弹簧测力计的示数越小越省力；斜面的机械效率的大小从表中可以直接看出来；
（2）斜面的有用功是克服物块重力做的功，知道物块的重力和物块上升的高度，可利用公式W_有用=Gh进行计算；总功是拉力做的功，知道拉力的大小和斜面的长，可利；用公式W_总=FS进行计算；最后根据机械效率的计算公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$计算出斜面的机械效率．
探究机械效率与斜面粗糙程度关系时，必须控制斜面高度和长度相同，根据要求进行选择即可．
（3）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．
（4）在实际生活生产中应用了斜面工作原理的实例有盘山公路和螺丝钉的螺纹等，都是为了省力．

解答 解：
（1）由记录的数据可以看出，在其它条件一定时，斜面的倾斜程度越缓时，沿斜面的拉力F越小，则斜面越省力；
由记录的数据可以看出斜面倾斜程度越陡时，斜面的机械效率越高．
（2）第4次实验，G=5N，h=0.7m，
克服物块重力做的有用功为：W_有用=Gh=5N×0.7m=3.5J，
F=4.5N，s=1m，
拉力做的总功为：W_总=Fs=4.5N×1m=4.5J，
则斜面的机械效率为：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{3.5J}{4.5J}$×100%≈77.8%．
要探究机械效率与斜面粗糙程度关系，必须保证斜面倾斜程度和长度相同的情况下（即高度相同，斜面长度相同），
第4次和第3次斜面的长度和高度相同，从数值上可以看出斜面越粗糙机械效率越小．
（3）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f＜F．
（4）实际生活生产中应用斜面工作原理的实例：盘山公路，螺丝钉的螺纹．
故答案为：（1）省；高．
（2）77.8%；3．
（3）大于．
（4）盘山公路．

点评 本题主要考查了计算斜面的有用功、总功、机械效率，以及斜面在生活中的应用．对于斜面的机械效率，要会分析实验数据总结规律，关键是找准需要分析的项目．影响斜面机械效率的因素有物块重力、斜面倾斜程度和斜面粗糙程度，注意控制变量法，在研究机械效率和某一因素关系时，要说明其他两个因素保持一定．