Question

小紅學(xué)過(guò)“機(jī)械效率”后，有一個(gè)疑問(wèn)：“機(jī)械效率越高是否越省力？”針對(duì)個(gè)問(wèn)題小紅用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，利用家中“案板”和盛入一定水的小茶杯做了以下實(shí)驗(yàn)：
A，把杯子放在塑料袋中，在杯子中加入適量的水，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)得杯子和水的重力G．
B，用“案板”作斜面，如上圖所示，把一只水杯通過(guò)細(xì)繩與彈簧測(cè)力計(jì)連接，拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，把盛水的杯子勻速拉上斜面．
C，分別測(cè)出拉力F，杯子移動(dòng)的距離s和升高的高度h．
D，改變斜面的高度，做4次實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

（1）計(jì)算并將數(shù)據(jù)填入表中4個(gè)空格．
（2）小紅的疑問(wèn)是否得出解決？分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能得出什么結(jié)論？
（3）完成上面實(shí)驗(yàn)后，小紅又產(chǎn)生一個(gè)猜想：“如果減小斜面的摩擦，可以提高斜面的機(jī)械效率．”請(qǐng)你先用所學(xué)知識(shí)，說(shuō)明小紅的猜想是否正確（簡(jiǎn)述理由）．
（4）請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步證明你對(duì)小紅猜想的判斷．（簡(jiǎn)要說(shuō)明在前面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上要做哪些新的實(shí)驗(yàn)操作）．

Answer 1

【答案】分析：（1）克服重力做的功為有用功，拉力做的功為總功，機(jī)械效率等于有用功與總功的比值；
（2）分析表中第5、8兩行，可以解決小紅的疑問(wèn)；并且發(fā)現(xiàn)機(jī)械效率越高，拉力越大；
（3）克服摩擦力做的功為額外功，總功等于有用功與額外功的和，在有用功一定的情況下，減小額外功，可以提高機(jī)械效率；
（4）小紅的猜想是“探究摩擦力對(duì)斜面機(jī)械效率的影響”，需要在控制斜面傾斜程度、物重、斜面高度、斜面長(zhǎng)度相同的基礎(chǔ)上，改變斜面的粗糙程度，從而改變摩擦力的大小，記錄彈簧測(cè)力的示數(shù)，計(jì)算出機(jī)械效率，比較機(jī)械效率隨摩擦力的變化情況．
解答：解：（1）W_有=Gh=5N×0.1m=0.5J
W_總=Fs=1.6N×0.5m=0.8J
η₁=
η₂=
（2）分析表中的拉力與機(jī)械效率，小紅的疑問(wèn)得到了解決；得到的結(jié)論是：斜面的機(jī)械效率越高，越不省力；
（3）影響機(jī)械效率高低的主要有原因是額外功，使用斜面時(shí)，克服摩擦力做的功為額外功，在有用功一定的情況下，減小額外功，可以提高機(jī)械效率；
（4）采用控制變量法：控制斜面傾斜程度、物重、斜面高度、斜面長(zhǎng)度相同，換用毛巾、棉布、玻璃等不同的接觸面材料改變斜面粗糙程度，從而改變摩擦力，計(jì)算出機(jī)械效率進(jìn)行比較．
故答案為：
（1）

（2）小紅的疑問(wèn)得到了解決；斜面的機(jī)械效率越高，越不省力；
（3）小紅的猜想正確．使用斜面時(shí)，克服摩擦力做的功為額外功，在有用功一定的情況下，減小額外功（即減小了總功），可以提高機(jī)械效率；
（4）在小紅設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上：
①保持斜面傾角不變，在斜面表面鋪上不同的材料（如毛巾、棉布、玻璃等）改變摩擦力；
②將水杯沿斜面勻速提升一定高度或沿斜面勻速移動(dòng)一定距離，記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)；
③計(jì)算出機(jī)械效率并進(jìn)行比較．
點(diǎn)評(píng)：本題考查影響斜面機(jī)械效率的因素，采用了控制變量法，并且還要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，難度大，綜合性強(qiáng)．