Question

小紅學過“機械效率”后，有一個疑問：“機械效率越高是否越省力？”針對個問題小紅用一個彈簧測力計，利用家中“案板”和盛入一定水的小茶杯做了以下實驗：
A，把杯子放在塑料袋中，在杯子中加入適量的水，用彈簧測力計測得杯子和水的重力G．
B，用“案板”作斜面，如上圖所示，把一只水杯通過細繩與彈簧測力計連接，拉動彈簧測力計，把盛水的杯子勻速拉上斜面．
C，分別測出拉力F，杯子移動的距離s和升高的高度h．
D，改變斜面的高度，做4次實驗，記錄實驗數據如下：

（1）計算并將數據填入表中4個空格．
（2）小紅的疑問是否得出解決？分析實驗數據，能得出什么結論？
（3）完成上面實驗后，小紅又產生一個猜想：“如果減小斜面的摩擦，可以提高斜面的機械效率．”請你先用所學知識，說明小紅的猜想是否正確（簡述理由）．
（4）請你設計一個實驗，進一步證明你對小紅猜想的判斷．（簡要說明在前面實驗的基礎上要做哪些新的實驗操作）．

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；并且發現機械效率越高，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，可以提高機械效率；
（4）小紅的猜想是“探究摩擦力對斜面機械效率的影響”，需要在控制斜面傾斜程度、物重、斜面高度、斜面長度相同的基礎上，改變斜面的粗糙程度，從而改變摩擦力的大小，記錄彈簧測力的示數，計算出機械效率，比較機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械效率，小紅的疑問得到了解決；得到的結論是：斜面的機械效率越高，越不省力；
（3）影響機械效率高低的主要有原因是額外功，使用斜面時，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，計算出機械效率進行比較．
故答案為：
（1）

（2）小紅的疑問得到了解決；斜面的機械效率越高，越不省力；
（3）小紅的猜想正確．使用斜面時，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），可以提高機械效率；
（4）在小紅設計的實驗的基礎上：
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一定距離，記錄彈簧測力計的示數；
③計算出機械效率并進行比較．
點評：本題考查影響斜面機械效率的因素，采用了控制變量法，并且還要設計實驗，難度大，綜合性強．