Question

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

Ⅰ．请计算并将数据填入表格中的4个空格
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．

Answer

Ⅰ．克服重力做的功为有用功，拉力做的功为总功，机械效率等于有用功与总功的比值；
Ⅱ．分析表中第5、8两行，可以解决小红的疑问；并且发现机械效率越高，拉力越大；
Ⅲ．（1）克服摩擦力做的功为额外功，总功等于有用功与额外功的和，在有用功一定的情况下，减小额外功，可以提高机械效率；
（2）小红的猜想是“探究摩擦力对斜面机械效率的影响”，需要在控制斜面倾斜程度、物重、斜面高度、斜面长度相同的基础上，改变斜面的粗糙程度，从而改变摩擦力的大小，记录弹簧测力的示数，计算出机械效率，比较机械效率随摩擦力的变化情况．
【解析】

Ⅰ．W有=Gh=5N×0.1m=0.5J
W总=Fs=1.6N×0.5m=0.8J
η1=≈63%，
η2=≈74%；
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．