Question

小明自己设计了一个高度可以调节的斜面与水平面，来探究斜面的省力情况跟斜面与水平面夹角之间的关系．如图甲是他设计的斜面，他用弹簧测力计测得小车的重力为5N，图乙所示．他将小车放在斜面上，不断调节斜面与水平面的夹角θ，得到一组拉力的数据如表：

实验次数	1	2	3	4	5
夹角θ/度	10	30	50	60	80
拉力F/N	2	2.7	3.4	4	4.8

（1）在小明设计的斜面的顶端装有一个定滑轮，使用定滑轮的目的是______
（2）通过分析实验数据，你能得到什么结论？
（3）如果你是一位建筑设计师，需要设计一栋老年人俱乐部的大楼，受到上述实验的启发，你要怎样设计楼梯？
（4）利用以上数据，请你计算出第2次实验时该斜面的机械效率大小约为______．

Answer

（1）知道定滑轮可以改变力的方向，但不省力．
（2）实验中通过改变夹角的大小测量几组数据，通过比较拉力和夹角的大小变化，得出拉力大小与斜面角度的关系．
（3）针对这个结论解决有关的实际问题．
（4）利用斜面拉力所做的功为总功，根据机械效率的公式η=×100%即可求出效率．
【解析】
（1）因为定滑轮的特点是不省力，但可以改变力的方向．所以本实验中利用定滑轮是去改变用力方向，方便地测力，又能保证对小车的拉力不改变．
（2）从实验数据看，斜面与水平面的夹角不断增大，拉力也不断增大．
（3）根据实验结论可知：斜面与水平面的夹角越小，则拉力就会变小，所以为了方便老人们上下，将楼梯的坡度设计得平缓一些．
（4）第2次实验时，θ=30°，则斜面的高h=Lsinθ，
因为W有用=Gh，W总=FL，根据η=得：
η=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%=92.6%．
故答案为：（1）改变用力方向，方便地测力．
（2）斜面与水平面的夹角不断增大，拉力也不断增大．
（3）将楼梯的坡度设计得平缓一些．
（4）92.6%．