Question

9．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1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	1	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%

（1）请你替小芳在上表的空格中填上适当的数据．
（2）分析上表中的数据，可以得出的探究结论是：斜面倾斜角θ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向上．
（4）若想探究斜面的机械效率与物重的关系，则要保持斜面倾角不变，斜面的光滑程不变，只改变小车重力，这种研究问题的方法我们称之为控制变量法．
（5）在上述实验中，物重，斜面长度不变，若不考虑斜面摩擦，如图2所示，哪个图能正确表示F与斜面高度h的关系B．

Answer 1

分析 （1）根据实验数据，利用W_有=Gh、W_总=FS和η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$求出表格中的所缺的数据，完成表格；
（2）分析表格数据时，虽然拉力和机械效率的变化是因斜面的倾斜度的改变而引起的，但我们先比较省力时，倾斜度是如何变化，然后比较机械效率的变化；
（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，且匀速拉动物体；
（4）实验应采用控制变量法，探究斜面机械效率与物重的关系，应控制斜面倾角、斜面光滑程度不变而改变物重大小进行实验；
（5）分析实验数据，推理实验图象，采用排除的方法就可以找到正确的图象．

解答 解：
（l）W_有1=Gh₁=5N×0.2m=1J； W_总2=F₂S=3.6N×1m=3.6J；η₃=$\frac{{W}_{有3}}{{W}_{总3}}$=$\frac{1J}{3.6J}$×100%=81%．
（2）比较数据：θ₃＞θ₂＞θ₁时，则拉力F₃＞F₂＞F₁，机械效率η₃＞η₂＞η₁；
即：斜面倾斜度θ越小时，越省力，斜面机械效率越低．
（3）为了使拉力方向必须与摩擦力方向保持在同一条直线上，所以应与斜面平行向上．
（4）探究斜面的机械效率与物重的关系，要保持斜面倾角不变，斜面的光滑程不变，只改变小车重力，这种研究问题的方法我们称之为控制变量法．
（5）从表中数据可见，推力F随着斜面高度h的增大而增大，排除C和D两个图；随着斜面的高度增大，若不考虑斜面摩擦，物重，斜面长度不变，FL=Gh，推力与h成正比，故选B．
故答案为：（1）1；3.6；81%；（2）小；低；（3）平行向上；（4）斜面倾角；小车重力；控制变量；（5）B．

点评 本题考查通过斜面机械效率的实验，考查了有用功、总功、机械效率的计算，并会综合分析应用等．