小明针对同学中存在的有关斜面问题的一些疑惑,进行了探究.如图所示,将长度为1m的长木板的一端垫高,构成长度一定高度可调的斜面.用沿斜面向上的拉力F使重为10N的滑块沿斜面向上匀速运动.完成斜面机械效率测量.
(1)下表中呈现的是部分实验数据,请把表格补充完整.
实验次数 | 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 |
机械效率η | 0.56 | 0.63 | 0.69 | ? |
(2)疑惑一:“斜面的机械效率越高,越省力吗?”
请根据表中的实验数据,写出正确的结论:斜面的机械效率越高,________.
(3)疑惑二:“斜面倾斜程度越大,机械效率越高吗?”
请根据表中的实验数据,写出正确的结论:斜面倾斜程度越大,机械效率________.
(4)疑惑三:“滑块受到的摩擦力是一个‘不可直接测量’的量,能通过‘可测量’量求出摩擦力吗?”
请根据已有的知识推导:重为G的滑块,在沿斜面向上的拉力F作用下,沿斜面匀速向上移动时,滑块受到的摩擦力f的数学表达式:f=________.(斜面的长L和斜面的高h均为“可测量”量)
解:(1)第4次的机械效率η===≈0.73,表格如下:
实验次数 | 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 |
机械效率η | 0.56 | 0.63 | 0.69 | 0.73 |
(2)从表中第1到4次实验可以看出,机械效率逐渐增大,拉力也逐渐增大,越来越费力;
故可得结论:斜面的机械效率越高,越费力.
(3)从表中第1到4次实验可以看出,斜面越高(即斜面倾斜程度越大),机械效率越高;
故可得结论:斜面的粗糙程度一定时,斜面的倾斜程度越大机械效率越高.
(4)当滑块沿斜面匀速向上运动时:由功的关系FL=Gh+fL,可得f=.
故答案为:(1)如上表所示;(2)越费力;(3)越高;(4).
(1)根据W=Gh求出有用功,根据W=Fs求出总功,利用效率公式求出第4次斜面的机械效率;
(2)分析表中的拉力和机械效率之间的关系,即可得出斜面的机械效率越高是否省力;
(3)斜面越高倾斜程度就越大,分析表中斜面高度和机械效率之间的关系,即可得出斜面倾斜程度与效率的关系.
(4)滑块在拉力作用下匀速运动时,根据功的原理列出等式就可得出摩擦力的表达式.
点评:本题重点是数据的分析和处理,以及归纳总结能力的考查,物体做匀速直线运动时,合外功等于零即正功等于负功,也就是同方向上的功的和等于反方向上功的和.