Question

4．小華看到工人利用斜面把貨物推到車上，聯(lián)想到上物理課時(shí)老師講過(guò)的知識(shí)，小華想探究斜面的機(jī)械效率可能與哪些因素有關(guān)？
小華提出了以下的猜想：
A．斜面的機(jī)械效率可能與物體的重力有關(guān)；
B．斜面的機(jī)械效率可能與斜面的傾斜程度有關(guān)．
小華同學(xué)為了證實(shí)自己的猜想是否正確，于是他用同一塊木板組成如圖所示的裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究，記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

實(shí)驗(yàn) 次數(shù)	斜面傾角θ	物塊重量G/N	斜面高度h/m	沿斜面拉力F/N	斜面長(zhǎng)S/m	有用功 W有/J	總 功 W總/J	斜面的機(jī)械效率
1	30°	5.0	0.6	4.2	1.2	3.0	5.0
2	30°	3.0	0.6	2.5	1.2	1.8		60%
3	45°	3.0	0.8	2.8	1.2	2.4	3.4	71%

（1）在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，應(yīng)沿斜面勻速向上拉動(dòng)木塊；實(shí)驗(yàn)時(shí)要使木板的傾斜角變大，應(yīng)該把木板下面的木塊向移動(dòng)左（填“左”或“右”）．
（2）根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，第①次實(shí)驗(yàn)斜面的機(jī)械效率為60%，第②次實(shí)驗(yàn)中總功為3.0J．
（3）通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)①、②數(shù)據(jù)，可驗(yàn)證小華的猜想A（填寫字母）；通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)②、③數(shù)據(jù)，可以得出的探究結(jié)論在其它條件相同時(shí)，斜面傾角越大，機(jī)械效率越高．
（4）此實(shí)驗(yàn)主要用到的研究方法是控制變量法．

Answer 1

分析 （1）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，實(shí)驗(yàn)時(shí)要使木板的傾斜角變大，應(yīng)該把木板下面的木塊向左移動(dòng)；
（2）機(jī)械效率等于有用功和總功的比值，即η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$；總功等于沿斜面拉力和斜面長(zhǎng)度的乘積，即W_總=Fs；
（3）對(duì)比實(shí)驗(yàn)①、②數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，控制的是斜面的傾角，改變的是物體的重力；對(duì)比實(shí)驗(yàn)②、③數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，控制的是物體的重力，改變的是斜面的傾角；
（4）影響斜面機(jī)械效率的因素很多，需要應(yīng)用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

解答 解：
（1）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)，實(shí)驗(yàn)時(shí)要使木板的傾斜角變大，應(yīng)該把木板下面的木塊向左移動(dòng)；
（2）第①次實(shí)驗(yàn)斜面的機(jī)械效率：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{3.0J}{5.0J}$×100%=60%；
第二次實(shí)驗(yàn)中總功：W_總=Fs=2.5N×1.2m=3.0J；
（3）對(duì)比實(shí)驗(yàn)①、②數(shù)據(jù)，控制的是斜面的斜面傾角，改變的是物體的重力，
因此是研究斜面機(jī)械效率與物體重力的關(guān)系，即驗(yàn)證的是猜想A；
對(duì)比實(shí)驗(yàn)②、③數(shù)據(jù)，控制的是物體的重力，改變的是斜面的傾角，且傾角越大效率越高，
故可得結(jié)論：在其它條件相同時(shí)，斜面傾角越大，機(jī)械效率越高．
（4）影響斜面機(jī)械效率的因素很多，例如斜面粗糙程度、木板的長(zhǎng)度、拉木塊速度、木板的面積等，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了控制變量法．
故答案為：（1）勻速；左；（2）60；3.0；（3）A；在其它條件相同時(shí)，斜面傾角越大，機(jī)械效率越高；（4）控制變量法．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵：一是會(huì)根據(jù)二力平衡的知識(shí)解釋木塊勻速直線運(yùn)動(dòng)的原因；二是控制變量法在探究斜面的機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)中的靈活應(yīng)用．