Question

7．小明學(xué)過(guò)機(jī)械效率后，提出了一個(gè)問(wèn)題：“斜面的傾斜程度與斜面的機(jī)械效率是否有關(guān)”？針對(duì)這個(gè)問(wèn)題他做了在斜面上勻速拉動(dòng)物塊的探究實(shí)驗(yàn)，如圖所示，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	斜面的斜程度	物體重G/N	物體上升高度h/m	沿斜面拉力F/N	物體移動(dòng)距離s/m	有用功W有/J	總功W總/J	機(jī)械效率η
1	較緩	5.0	0.1	1.6	0.5	0.5	0.8	63%
2	較陡	5.0	0.15	2.2	0.5
3	最陡	5.0	0.25	3.1	0.5	1.25	1.55	80.6%

（1）通過(guò)對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，你對(duì)斜面省力情況與斜面的傾斜程度的關(guān)系是：斜面越陡，越費(fèi)力．
（2）通過(guò)對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，你對(duì)斜面機(jī)械效率問(wèn)題可獲得的初步的結(jié)論是：斜面越陡，機(jī)械效率越高．
（3）在拉動(dòng)物體時(shí)，應(yīng)該如何拉動(dòng)應(yīng)保持木塊沿斜面向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)．
（4）如開始物體靜止在斜面上，勻速往上拉動(dòng)和勻速往下拉動(dòng)，機(jī)械效率是否相等，不相等，往什么方向拉動(dòng)時(shí)機(jī)械效率大勻速往下拉動(dòng)．
（5）第二次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率為多少68.2%．

Answer 1

分析 （1）分析表中第二列與第五列，斜面越陡越費(fèi)力，斜面越緩越省力；
（2）分析表中第二列與第九列，斜面傾斜程度越大斜面機(jī)械效率越高；
（3）利用斜面提升重物，有用功是克服物體重力而做的功，額外功主要是克服摩擦力而做的功，物體加速運(yùn)動(dòng)，會(huì)使物體的動(dòng)能增加，從而增加額外功，所以拉力方向必須與摩擦力方向保持在同一條直線上，且勻速拉動(dòng)物體；
（4）開始物體靜止在斜面上，勻速往上拉動(dòng)和勻速往下拉動(dòng)物體時(shí)，物體受到的摩擦力不變，額外功不變，向上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的有用功為克服物體重力做的功，向下運(yùn)動(dòng)時(shí)有用功為拉力做的功減去重力做的功，則向上勻速時(shí)總功大于向下的總功，然后根據(jù)機(jī)械效率公式比較得出答案；
（5）根據(jù)η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%求出第二次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率．

解答 解：（1）從表中數(shù)據(jù)知：斜面傾斜程度越大，需要的拉力越大，即：斜面越陡越費(fèi)力；
（2）實(shí)驗(yàn)中在控制了物重、斜面與物體接觸面的粗糙程度等相同的情況下，斜面傾斜程度越大斜面機(jī)械效率越高；
（3）為了便于測(cè)量拉力和盡量減小不必要的額外功，應(yīng)保持木塊沿斜面向上拉動(dòng)木塊，使其做勻速直線運(yùn)動(dòng)；
（4）開始物體靜止在斜面上，勻速往上拉動(dòng)和勻速往下拉動(dòng)物體時(shí)，
物體對(duì)斜面的壓力（重力垂直斜面的分力）不變，接觸面的粗糙程度不變，則受到的摩擦力不變，額外功不變，
向上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的有用功為克服物體重力做的功，向下運(yùn)動(dòng)時(shí)有用功為拉力做的功減去重力做的功，
因向下運(yùn)動(dòng)時(shí)拉力等于摩擦力減去重力沿斜面的分力，向上運(yùn)動(dòng)時(shí)拉力等于重力沿斜面的分力加上摩擦力，
所以，由總功等于額外功加上有用功可知，向上運(yùn)動(dòng)時(shí)總功大于向下的總功，
由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$×100%可知，勻速往下拉動(dòng)物體時(shí)的機(jī)械效率較高；
（5）第二次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{5.0N×0.15m}{2.2N×0.5m}$×100%≈68.2%．
故答案為：
（1）費(fèi)力；
（2）斜面越陡，機(jī)械效率越高；
（3）應(yīng)保持木塊沿斜面向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)；
（4）不相等；勻速往下拉動(dòng)；
（5）68.2%．

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究斜面的機(jī)械效率、省力與斜面傾斜程度的關(guān)系，其中考查了有用功、總功、機(jī)械效率的計(jì)算，對(duì)這幾個(gè)概念一定要做到真正理解，同時(shí)能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論．