小红学过“机械效率”的知识后,产生了一个疑问:“机械的机械效率越高是否越省力?”针对这个问题,小红向老师借来了一只弹簧测力计,利用家中的“案板(切菜用)”和茶杯做了如下的探究:
(1)把杯子放在塑料袋中,向杯子中加入适量的水,用弹簧测力计测得杯子和水的总重力为G;
(2)用“案板”做斜面,如图所示,把一只水杯通过细绳与弹簧测力计连接,拉动弹簧测力计,使水杯沿斜面匀速移动到斜面顶端;
(3)分别测出拉力F,杯子移动的距离s和杯子升高的高度h;
(4)改变斜面的高度,做4次实验,记录实验数据如下表:
次数 物理量 | 1 | 2 | 3 | 4 |
重力G/N | 5 | 5 | 5 | 5 |
升高h/m | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.25 |
有用功W有/J | 0.75 | 1 | 1.25 | |
拉力F/N | 1.6 | 2.2 | 2.7 | 3.1 |
移动距离s/m | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
总功W总/J | 1.1 | 1.35 | 1.55 | |
机械效率η | 0.68 | 0.81 |
Ⅱ.小红的疑问是否得到解决?分析实验数据,能得到什么结论?
Ⅲ.完成上面的实验后,小红又产生了一个猜想:“如果减小斜面的摩擦,可以提高斜面的机械效率.”那么:
1.请你用学过的知识说明小红的猜想是否正确(简述理由)
2.你设计一个实验,进一步证明你对小红的猜想所作出的判断.
Ⅰ.W有=Gh=5N×0.1m=0.5J
W总=Fs=1.6N×0.5m=0.8J
η1=
≈63%,0.5J 0.8J
η2=
≈74%;1J 1.35J
Ⅱ.分析表中的拉力与机械效率,小红的疑问得到了解决;得到的结论是:斜面的机械效率越高,越不省力;
Ⅲ.(1)影响机械效率高低的主要有原因是额外功,使用斜面时,克服摩擦力做的功为额外功,在有用功一定的情况下,减小额外功,可以提高机械效率;
(2)采用控制变量法:控制斜面倾斜程度、物重、斜面高度、斜面长度相同,换用毛巾、棉布、玻璃等不同的接触面材料改变斜面粗糙程度,从而改变摩擦力,计算出机械效率进行比较.
故答案为:
Ⅰ.0.5;0.8;63%;74%;
Ⅱ小红的疑问得到了解决,物重相同,机械效率增大时,并不更省力
Ⅲ(1)正确,因为斜面对物体的摩擦力是导致额外功的原因
(2)用等高、等长的斜面,先后在木板斜面、棉布斜面、毛巾斜面上重复上面的实验并记录数据,即可验证小红的猜想.