Question

4．小南同學(xué)學(xué)過“機(jī)械效率”的知識后產(chǎn)生了一個疑問：“機(jī)械效率越高是否越省力？”針對這個問題，他借了一個彈簧測力計(jì)，利用家中的案板和茶杯做了如下的探究：
A．把杯子放在輕質(zhì)薄膜袋里，向杯子中加入適量的水，用彈簧測力計(jì)測得杯子和水的總重力為G；
B．用案板做斜面，把一只水杯通過細(xì)繩與彈簧測力計(jì)連接，拉動彈簧測力計(jì)，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(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表：

次數(shù)	重力G/H	升高高度h/m	有用功W有用/J	拉力F/N	移動距離S/m	總功W/J	機(jī)械效率
1	5	0.1		1.6	0.5
2	5	0.15	0.75	2.2	0.5	1.1	68%
3	5	0.2	1	2.7	0.5	1.35
4	5	0.25	1.25	3.1	0.5	1.55	81%

根據(jù)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟和記錄的數(shù)據(jù)，回答以下問題：
（1）計(jì)算并將表格補(bǔ)充完整．
（2）小南同學(xué)的疑問是否得到解決？分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能得到什么結(jié)論？
（3）學(xué)完機(jī)械效率的知識，請你效仿小南同學(xué)提出一個新的疑問．

Answer 1

分析 （1）有用功、總功、機(jī)械效率，分別用公式W_有用=Gh、W_總=Fs、η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$求出；
（2）分析表中第5、8兩列，可以解決小紅的疑問，并且發(fā)現(xiàn)機(jī)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(jī)械效率

解答 解：
（1）第一次實(shí)驗(yàn)的有用功：W_有1=G₁h₁=5N×0.1m=0.5J，
總功：W_總1=F₁s₁=1.6N×0.5m=0.8J，
機(jī)械效率：η₁=$\frac{{W}_{有1}}{{W}_{總1}}$=$\frac{0.5J}{0.8J}$×100%=62.5%；
第三次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率：η₃=$\frac{{W}_{有3}}{{W}_{總3}}$=$\frac{1J}{1.35J}$×100%≈74%；
數(shù)據(jù)如下表：

次數(shù)	重力G/H	升高高度h/m	有用功W有用/J	拉力F/N	移動距離S/m	總功W/J	機(jī)械效率
1	5	0.1	0.5	1.6	0.5	0.8	62.5%
2	5	0.15	0.75	2.2	0.5	1.1	68%
3	5	0.2	1	2.7	0.5	1.35	74%
4	5	0.25	1.25	3.1	0.5	1.55	81%

（2）分析表中第5列的拉力F與第8行列的機(jī)械效率可以看出，在重物與移動距離相同的情況下，機(jī)械效率逐漸增大，拉力F也在逐漸增大，因此，小紅的疑問得到了解決；得到的結(jié)論是：斜面的機(jī)械效率越高，越不省力；
（3）影響機(jī)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(jī)械效率；所以可以提出的問題是“機(jī)械效率越高是否斜面越光滑”．
故答案為：
（1）0.5；0.8；62.5%；74%；
（2）小南的疑問得到了解決；結(jié)論是：斜面的機(jī)械效率越高，越不省力；
（3）機(jī)械效率越高是否斜面越光滑．

點(diǎn)評 本題考查影響斜面機(jī)械效率的因素，采用了控制變量法，并且還要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，難度大，綜合性強(qiáng)．