Question

某物理學習小組，針對同學中存在的有關斜面問題的一些疑惑，進行了實驗探究和理論探究活動．
[實驗探究]
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（如圖所示）．用沿斜面向上的拉力F使重為10N的滑塊沿斜面勻速向上運動．完成斜面機械效率測量．表呈現的是部分實驗數據：

實驗次數	1	2	3	4
斜面高度h/m	0.15	0.20	0.25	0.30
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

（1）疑惑一：“斜面的機械效率越高越省力嗎？”
請報據表3中的實驗數據，寫出正確的結論．______；
（2）疑惑二，“斜面傾斜程度越大拉力越大，滑塊受到的摩擦力也一定越大嗎？”
請進一步分析表3實驗數據，寫出正確的結論：______．
簡述理由：
[理論探究]
（3）疑惑三．“滑塊受到的摩擦力是一個‘不可直接測量’量，能通過‘可測量’量求出摩擦力嗎？”
請根據已有的知識推導：對于傾斜程度不同的斜面，在拉力F作用下（拉力方向沿斜面向上）使重為G的滑塊沿斜面勻速移動時，滑塊受到的摩擦力f的數學表達式（斜面的長L和斜面的高h均為“可測量”量）

Answer 1

解：（1）從表中第1到3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；
（2）斜面傾斜程度通過斜面的高度體現，斜面越高傾斜程度越大，從表中第1到3次實驗記錄可見斜面越高，拉力越大，機械效率越大；機械效率越大，說明克服摩擦力做的額外功越小，說明摩擦力越小．
（3）分兩種情況分析：
①滑塊勻速運動的方向向上時，重力做的功和摩擦力做的功方向是一致的，與拉力做的功方向相反，根據功的關系可得FL=Gh+fL，則摩擦力f=F-；
②滑塊勻速運動的方向向下時，拉力做的功和摩擦力做的功方向是一致的，與重力做的功方向相反，根據功的關系可得Gh=FL+fL，則摩擦力f=-F．
故答案為：（1）機械效率越高的斜面，不一定越省力（或機械效率越高的斜面越費力）；
（2）斜面傾斜程度越大拉力越大，但摩擦力不一定越大（或摩擦力越小）．
理由：因為由實驗數據可知斜面傾斜程度變大，斜面的機械效率隨之變大，額外功占總功的比例變小，所以摩擦力不一定變大（或斜面傾斜程度變大，滑塊對斜面的壓力變小，因此滑塊受到的摩擦力變小）；
（3）當滑塊沿斜面勻速向上運動時：由功的關系FL=Gh+fL，可得f=F-；當滑塊沿斜面勻速向下運動時：由功的關系Gh=FL+fL，可得力f=-F．
分析：（1）分析實驗數據中的拉力和機械效率的數值，可以得出機械效率和拉力大小的關系；
（2）分析實驗數據中斜面的高度、拉力、機械效率數值變化，結合機械效率的概念就可得出摩擦力的變化情況；
（3）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．