斜面機械效率實驗

研究斜面的機械效率與斜面傾斜程度的關(guān)系

猜想：斜面的傾斜程度越大，機械效率越高

實驗器材：斜面、木塊、彈簧測力計、刻度尺

（實驗過程中，保持木塊所受重力G不變，斜面長S不變，改變的是斜面的高度h和拉力F）

實驗步驟：(將所測數(shù)據(jù)填入表格一中)

① 用彈簧測力計測出木塊的重力G

② 用刻度尺量出斜面的長度S和高度h₁

③ 用彈簧測力計拉木塊做勻速直線運動，讀出拉力F₁

④ 改變斜面的傾斜程度，量出斜面的高度h₂

⑤ 用彈簧測力計拉木塊做勻速直線運動，讀出拉力F₂

計算公式：

W_有1=Gh₁ W_有2=Gh₂

W_總1=F₁S W_總2=F₂S

表格一：

附：試驗參考數(shù)據(jù)

結(jié)論：在其他條件一定時，斜面的傾斜程度越大，機械效率越高

研究斜面機械效率與斜面之間接觸面大小關(guān)系

猜想：斜面的機械效率與物體斜面之間接觸面大小無關(guān)

實驗器材：斜面、木塊、彈簧測力計、刻度尺

（實驗過程中，保持木塊的重量G不變，斜面長S不變，斜面的高度h不變，改變的是物體斜面接觸面積，和拉力F）（建議有困難的學(xué)生選此實驗）

實驗步驟：(將所測數(shù)據(jù)填入表格二中)

① 用彈簧測力計測出木塊的重力G

② 用刻度尺量出斜面的長度S和高度h

③ 把木塊平放，用彈簧測力計拉木塊做勻速直線運動，讀出拉力F₁

④ 把木塊側(cè)放，用彈簧測力計拉木塊做勻速直線運動，讀出拉力F₂

計算公式：W_有=Gh　W_總1=F₁S　W_總2=F₂S

表格二：

附：試驗參考數(shù)據(jù)

結(jié)論：斜面的機械效率與物體斜面之間接觸面大小無關(guān)

研究斜面的機械效率與它的粗糙程度的關(guān)系

猜想：表面越光滑，機械效率越高

實驗器材：斜面、木塊、彈簧測力計、刻度尺

（實驗過程中，保持木塊的重量G不變，斜面長S不變，斜面的高度h不變，改變的是斜面的粗糙程度和拉力F）

實驗步驟：(將所測數(shù)據(jù)填入表格三中)

① 用彈簧測力計測出木塊的重力G

② 用刻度尺兩處斜面的長度S和高度h

③ 把木塊放木板上，用彈簧測力計拉木塊做勻速直線運動，讀出拉力F1

④ 在木板上鋪好毛巾，用彈簧測力計拉木塊做勻速直線運動，讀出拉力F2

計算公式：W有=Gh　W總1=F1S　W總2=F2S

表格三

附：試驗參考數(shù)據(jù)

結(jié)論：在其他條件一定時，斜面表面粗糙程度越大，機械效率越低

研究斜面的機械效率與物體的重量的關(guān)系

猜想：斜面的機械效率與物體的重量無關(guān)

實驗器材：斜面、木塊、彈簧測力計、刻度尺

（實驗過程中，保持斜面長S不變，斜面的高度h不變，改變的是物體重量G和拉力F）

實驗步驟：(將所測數(shù)據(jù)填入表格四中)

① 用彈簧測力計測出木塊的重力G1，用刻度尺兩處斜面的長度S和高度h

② 把木塊放木板上，用彈簧測力計拉木塊做勻速直線運動，讀出拉力F1

③ 用彈簧測力計測出木塊和鉤碼的重力G2

④ 用彈簧測力計拉木塊和鉤碼做勻速直線運動，讀出拉力F2

計算公式：W有1=G1h W有2=G2h

W總1=F1S W總2=F2S

表格四

附：試驗參考數(shù)據(jù)

*此處為51%是因拉力四舍五入所致。

結(jié)論：機械效率與物體重量無關(guān)

斜面機械效率公式為：η=W_有/W_總=Gh/Fs。（G為物體重量，h為斜面豎直高度，F(xiàn)為拉力大小，s為斜面長度。）

推導(dǎo)公式：η=

（θ為斜面傾角，μ為滑動摩擦系數(shù)）

推導(dǎo)過程：如圖1，將物體重力垂直分解為垂直于斜面的力F⊥和平行于斜面的力F∥，則：

η=W_有/W_總=Gh/Fs=Gh/(f F')s=Gh/(μF⊥ F∥)s=Gsinθ*s/(μGcosθ Gsinθ)*s=sinθ/μcosθ sinθ=1/(μcotθ 1)(適用于勻速拉動）

在計算機械效率時，注意物理量名稱所標示的意義?？偣Γ杭磩恿C械所做的功，稱之為動力功，也叫輸入功。

理想機械：W_總=W_有用，W_輸入=W_輸出，W_動=W_阻。

實際機械：W_總=W_有用 W_額外，W_輸入-W_輸出=W_額外，W_動=W_有用阻力 W_無用阻力

噴氣推進系統(tǒng)：16%-24%

起重機：40%-50%

內(nèi)燃機-汽油發(fā)動機：22%-27%

柴油發(fā)動機：28%-30%

渦輪水泵：60%-80%

滑輪組：50%-80%

對于一般斜面來說，如果不計算任何的阻力，根據(jù)功的原理，斜面的機械效率是100%，但是不可避免存在一些阻力，如摩擦力和空氣阻力。下面我們就著摩擦力來計算機械效率。我們用θ表示斜面的傾角，G表示物重，F(xiàn)_l表示拉力，f_m表示摩擦力，μ表示斜面摩擦力系數(shù)，s表示斜面長，h表示斜面高，W_y表示有用功，W_z表示總功，W_e表示額外功，而F2是順著斜面向下的分力，這些都在“受力情況”一節(jié)有提到。

則它的機械效率為：

因為我們有：

因為我們有：

即為已知斜面傾角和摩擦系數(shù)時的機械效率公式。

斜面與平面的傾角越大，斜面較短，則省力越小，但省距離。斜面在生活中有廣泛的應(yīng)用，如盤山公路、搬運滾筒、斜面?zhèn)魉蛶У?。在不計算任何阻力時，斜面的機械效率為100%，如果摩擦力很小，則可達到很高的效率。即用F₂表示力，s表示斜面長，h表示斜面高，物重為G。不計無用阻力時，根據(jù)功的原理，可得：F₂s=Gh。

斜面（inclined plane）是一種傾斜的平板，能夠?qū)⑽矬w以相對較小的力從低處提升至高處，但提升這物體的路徑長度也會增加。斜面是古代希臘人提出的六種簡單機械之中的一種。假若斜面的斜率越小，即斜面與水平面之間的夾角越小，則需施加于物體的作用力會越小，但移動距離也越長；反之亦然。假設(shè)移動負載不會造成能量的儲存或耗散，則斜面的機械利益是其長度與提升高度的比率。

在日常生活中，時常會使用到斜面。行駛車輛的坡道是一種常見的斜面；卡車裝載大型貨物時，常會在車尾斜搭一塊木板，將貨物從木板上往上推，所應(yīng)用的也是斜面的理論。

從山頂?shù)缴侥_的傾斜面叫斜面，也叫斜坡或山坡。在地圖上明確斜面的具體形狀，對定向越野有一定價值。斜面按其形狀可分為：實地坡度基本一致的斜面叫等齊斜面，全部斜面均可通視。地圖上，從山頂?shù)缴侥_，間隔基本相等的一組等高線，表示為等齊斜面。

凸形斜面

實地坡度為上緩下陡的斜面叫凸形斜面，部分地段不能通視。地圖上，從山頂?shù)缴侥_，間隔為上面稀、下面密的一組等高線，表示為凸形斜面。

凹形斜面

實地坡度為上陡下緩的斜面叫凹形斜面，全部斜面均可通視。地圖上，從山頂?shù)缴侥_，間隔為上面密、下面稀的一組等高線，表示為凹形斜面。

波狀斜面

實地坡度交叉變換、陡緩不一、成波狀形的不規(guī)則斜面叫波狀斜面，若干地段不能通視。地圖上，表示該狀斜面的等高線間隔稀密不均，沒有規(guī)律。