小明針對同學中存在的有關斜面問題的一些疑惑,進行了探究.如圖所示,將長度為1m的長木板的一端墊高,構成長度一定高度可調的斜面.用沿斜面向上的拉力F使重為10N的滑塊沿斜面向上勻速運動.完成斜面機械效率測量.
(1)下表中呈現的是部分實驗數據,請把表格補充完整.
實驗次數 | 1 | 2 | 3 | 4 |
斜面高度h/m | 0.15 | 0.2 | 0.25 | 0.3 |
拉力F/N | 2.7 | 3.2 | 3.6 | 4.1 |
機械效率η | 0.56 | 0.63 | 0.69 | ? |
(2)疑惑一:“斜面的機械效率越高,越省力嗎?”
請根據表中的實驗數據,寫出正確的結論:斜面的機械效率越高,________.
(3)疑惑二:“斜面傾斜程度越大,機械效率越高嗎?”
請根據表中的實驗數據,寫出正確的結論:斜面傾斜程度越大,機械效率________.
(4)疑惑三:“滑塊受到的摩擦力是一個‘不可直接測量’的量,能通過‘可測量’量求出摩擦力嗎?”
請根據已有的知識推導:重為G的滑塊,在沿斜面向上的拉力F作用下,沿斜面勻速向上移動時,滑塊受到的摩擦力f的數學表達式:f=________.(斜面的長L和斜面的高h均為“可測量”量)
解:(1)第4次的機械效率η===≈0.73,表格如下:
實驗次數 | 1 | 2 | 3 | 4 |
斜面高度h/m | 0.15 | 0.2 | 0.25 | 0.3 |
拉力F/N | 2.7 | 3.2 | 3.6 | 4.1 |
機械效率η | 0.56 | 0.63 | 0.69 | 0.73 |
(2)從表中第1到4次實驗可以看出,機械效率逐漸增大,拉力也逐漸增大,越來越費力;
故可得結論:斜面的機械效率越高,越費力.
(3)從表中第1到4次實驗可以看出,斜面越高(即斜面傾斜程度越大),機械效率越高;
故可得結論:斜面的粗糙程度一定時,斜面的傾斜程度越大機械效率越高.
(4)當滑塊沿斜面勻速向上運動時:由功的關系FL=Gh+fL,可得f=.
故答案為:(1)如上表所示;(2)越費力;(3)越高;(4).
(1)根據W=Gh求出有用功,根據W=Fs求出總功,利用效率公式求出第4次斜面的機械效率;
(2)分析表中的拉力和機械效率之間的關系,即可得出斜面的機械效率越高是否省力;
(3)斜面越高傾斜程度就越大,分析表中斜面高度和機械效率之間的關系,即可得出斜面傾斜程度與效率的關系.
(4)滑塊在拉力作用下勻速運動時,根據功的原理列出等式就可得出摩擦力的表達式.
點評:本題重點是數據的分析和處理,以及歸納總結能力的考查,物體做勻速直線運動時,合外功等于零即正功等于負功,也就是同方向上的功的和等于反方向上功的和.