Question

15．小芳同学设计了一个高度可调节的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系，如图所示．她首先测出小车重，然后用弹簧测力计沿斜面拉动小车，调节斜面倾斜角θ的大小多次测量，得到下表所示的数据：

斜面倾 斜角θ	小车重 G/N	斜面高 h/m	斜面长 s/m	拉力 F/N	有用功 W有/J	总功 W总/J	机械效 率η
12°	5	0.2	1	2.1		2.1	48%
30°	5	0.5	1	3.6	2.5		69%
45°	5	0.7	1	4.3	3.5	4.3

（1）请你替小芳在上表中的空格处填上适当的数据．
（2）分析上表中的数据，可以得出的探究结论是：斜面倾斜角度越小，斜面越省力，斜面的机械效率越低．
（3）实验过程中拉力的方向应与斜面平行．
（4）若想探究斜面的机械效率与物重的关系，则要保持斜面倾斜角度不变，斜面的光滑程度不变，只改变小车的物重．

Answer 1

分析 （1）根据表中数据分别求出有用功、总功，根据效率公式求出斜面的效率；
（2）纵向分析表中实验数据，找出不变的量和变化的量，分析实验数得出结论．
（3）利用斜面提升重物，额外功主要是克服摩擦力而做的功，拉力方向必须与摩擦力方向保持在同一条直线上，故拉力的方向应与斜面平行；
（4）根据控制变量法，若想探究斜面的机械效率与物重的关系，必须控制其它影响机械效率的因素不变，只改变物体的重力．

解答 解：（1）斜面倾斜角θ=12°时做的有用功：
W_有1=G₁h₁=5N×0.2m=1.0J，
斜面倾斜角θ=30°时做的有用功：
W_总2=F₂s₂=3.6N×1m=3.6J；
由表中实验数据可知，斜面倾斜角θ=30°时斜面的机械效率：
η=$\frac{{W}_{有3}}{{W}_{总3}}$×100%=$\frac{3.5J}{4.3J}$×100%≈81.4%．如下表所示：

斜面倾 斜角θ	小车重 G/N	斜面高 h/m	斜面长 s/m	拉力 F/N	有用功 W有/J	总功 W总/J	机械效 率η
12°	5	0.2	1	2.1	1.0	2.1	48%
30°	5	0.5	1	3.6	2.5	3.6	69%
45°	5	0.7	1	4.3	3.5	4.3	81.4%

（2）由表中实验数据可知：拉动同样重的小车，斜面倾斜角θ越小，所用的拉力越小，斜面越省力，斜面的机械效率越低；
（3）实验过程中拉力的方向应与斜面平行；
（4）由（2）知，斜面倾斜角度影响机械效率的大小，若想探究斜面的机械效率与物重的关系，则要保持斜面倾斜角度不变，只改变小车的重力进行试验即可．
故答案为：（1）如上表所示；（2）小；低；（3）平行；（4）斜面倾斜角度；小车的物重大小．

点评 本题考查了求功、斜面效率、实验数据分析及归纳结论的能力、实验注意事项及控制变量法的运用等问题．难度适中．