Question

小明自己設計了一個高度可以調(diào)節(jié)的斜面與水平面，來探究斜面的省力情況跟斜面與水平面夾角之間的關系．如圖甲是他設計的斜面，他用彈簧測力計測得小車的重力為5N，圖乙所示．他將小車放在斜面上，不斷調(diào)節(jié)斜面與水平面的夾角θ，得到一組拉力的數(shù)據(jù)如表：

實驗次數(shù)	1	2	3	4	5
夾角θ/度	10	30	50	60	80
拉力F/N	2	2.7	3.4	4	4.8

（1）在小明設計的斜面的頂端裝有一個定滑輪，使用定滑輪的目的是______
（2）通過分析實驗數(shù)據(jù)，你能得到什么結論？
（3）如果你是一位建筑設計師，需要設計一棟老年人俱樂部的大樓，受到上述實驗的啟發(fā)，你要怎樣設計樓梯？
（4）利用以上數(shù)據(jù)，請你計算出第2次實驗時該斜面的機械效率大小約為______．

Answer 1

（1）據(jù)定滑輪的特點和本次實驗的實際情況可知，使用定滑輪的目的是：改變拉力的方向，能方便地測量出拉力的大��；
（2）從實驗數(shù)據(jù)看，斜面與水平面的夾角不斷增大，拉力也不斷增大．即斜面與水平面的夾角越小，使用時越省力；斜面與水平面的夾角越大，使用時越費力；
（3）由于斜面與水平面的夾角越小，使用時越省力，所以老年人俱樂部的大樓，應將樓梯的坡度設計得平緩一些，方便老人上下；
（4）由于第二次實驗中斜面的傾角是30度，所以若斜面的高為h米，則斜面的長就是2h米，故此時的有用功是：W_有=Gh=5h焦；同理總功是：W_總=Fs=2.7×2h=5.4h焦；
故此時的機械效率是：η=

W有

W總

×100%=

5h

5.4h

×100%≈93%；
故答案為：（1）改變拉力的方向，能方便地測量出拉力的大小；（2）斜面與水平面的夾角越小，使用時越省力；（3）將樓梯的坡度設計得平緩一些，方便老人上下；（4）93%．