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20 小明想探究斜面的机械效率与什么因素有关，他用一块木板和一个物块组成斜面来探究。
（1）刚开始时小明按如图所示的方式匀速拉动物块。小明的错误之处是
（2）改正错误后，小明用正确的方法进行了一系列的实验，记录的实验数据如表所示。
由记录的数据可知，小明探究的是斜面的机械效率与
（3）第2次实验测得的机械效率是
（4）实验结论是
| 实验次序 | 1 | 2 | 3 |
|----------------|------|------|------|
| 物块重$ G/\mathrm{N} $ | 3 | 3 | 3 |
| 斜面高度$ h/\mathrm{m} $ | 0.2 | 0.3 | 0.4 |
| 沿斜面拉力$ F/\mathrm{N} $ | 1.6 | 1.8 | 2.0 |
| 斜面长$ s/\mathrm{m} $ | 1 | 1 | 1 |
| 斜面机械效率$ \eta $ | 37.5% | | 60% |
（1）刚开始时小明按如图所示的方式匀速拉动物块。小明的错误之处是
弹簧测力计没有平行于斜面拉动物块做匀速直线运动
。（2）改正错误后，小明用正确的方法进行了一系列的实验，记录的实验数据如表所示。
由记录的数据可知，小明探究的是斜面的机械效率与
斜面倾斜程度
的关系。（3）第2次实验测得的机械效率是
50%
；斜面对物块的摩擦力是0.9
N。物块被从斜面底端匀速拉到斜面顶端的过程中，物块的动能不变
（选填“变大”“变小”或“不变”）。（4）实验结论是
当接触面的粗糙程度一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高
。| 实验次序 | 1 | 2 | 3 |
|----------------|------|------|------|
| 物块重$ G/\mathrm{N} $ | 3 | 3 | 3 |
| 斜面高度$ h/\mathrm{m} $ | 0.2 | 0.3 | 0.4 |
| 沿斜面拉力$ F/\mathrm{N} $ | 1.6 | 1.8 | 2.0 |
| 斜面长$ s/\mathrm{m} $ | 1 | 1 | 1 |
| 斜面机械效率$ \eta $ | 37.5% | | 60% |
答案
20. （1）弹簧测力计没有平行于斜面拉动物块做匀速直线运动 （2）斜面倾斜程度 （3）50% 0.9 不变 （4）当接触面的粗糙程度一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高
解析
【分析】
首先，第（1）问需回忆斜面机械效率实验的操作规范，明确拉力的测量要求；第（2）问运用控制变量法分析实验数据，确定探究的变量；第（3）问根据机械效率公式计算效率，利用额外功与摩擦力的关系求摩擦力，再结合动能的影响因素判断动能变化；第（4）问分析实验数据中机械效率随斜面倾斜程度的变化，总结实验结论。
【解析】
（1）探究斜面机械效率时，弹簧测力计需平行于斜面匀速拉动物块，才能保证拉力测量准确，图中操作未满足该要求，故错误为：弹簧测力计没有平行于斜面拉动物块做匀速直线运动。
（2）实验中物块重、斜面长均相同，仅斜面高度（即倾斜程度）不同，因此探究的是斜面的机械效率与斜面倾斜程度的关系。
（3）①机械效率：根据公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Fs}$，代入第2次数据得$\eta=\frac{3N×0.3m}{1.8N×1m}=50\%$；②额外功$W_{额}=W_{总}-W_{有}=1.8J-0.9J=0.9J$，额外功为克服摩擦力做功，由$W_{额}=fs$得$f=\frac{0.9J}{1m}=0.9N$；③物块匀速运动，质量和速度不变，故动能不变。
（4）实验中接触面粗糙程度一定，斜面倾斜程度越大，机械效率越高，因此结论为：当接触面的粗糙程度一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高。
【答案】
（1）弹簧测力计没有平行于斜面拉动物块做匀速直线运动；（2）斜面倾斜程度；（3）50%；0.9；不变；（4）当接触面的粗糙程度一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高
【知识点】
斜面机械效率、功的计算、动能的影响因素
【点评】
本题围绕斜面机械效率的探究实验展开，涵盖实验操作、数据处理、物理量计算及结论总结，需运用控制变量法、机械效率公式等知识，考查学生的实验探究与综合应用能力。
【难度系数】
0.6
首先，第（1）问需回忆斜面机械效率实验的操作规范，明确拉力的测量要求；第（2）问运用控制变量法分析实验数据，确定探究的变量；第（3）问根据机械效率公式计算效率，利用额外功与摩擦力的关系求摩擦力，再结合动能的影响因素判断动能变化；第（4）问分析实验数据中机械效率随斜面倾斜程度的变化，总结实验结论。
【解析】
（1）探究斜面机械效率时，弹簧测力计需平行于斜面匀速拉动物块，才能保证拉力测量准确，图中操作未满足该要求，故错误为：弹簧测力计没有平行于斜面拉动物块做匀速直线运动。
（2）实验中物块重、斜面长均相同，仅斜面高度（即倾斜程度）不同，因此探究的是斜面的机械效率与斜面倾斜程度的关系。
（3）①机械效率：根据公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Fs}$，代入第2次数据得$\eta=\frac{3N×0.3m}{1.8N×1m}=50\%$；②额外功$W_{额}=W_{总}-W_{有}=1.8J-0.9J=0.9J$，额外功为克服摩擦力做功，由$W_{额}=fs$得$f=\frac{0.9J}{1m}=0.9N$；③物块匀速运动，质量和速度不变，故动能不变。
（4）实验中接触面粗糙程度一定，斜面倾斜程度越大，机械效率越高，因此结论为：当接触面的粗糙程度一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高。
【答案】
（1）弹簧测力计没有平行于斜面拉动物块做匀速直线运动；（2）斜面倾斜程度；（3）50%；0.9；不变；（4）当接触面的粗糙程度一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高
【知识点】
斜面机械效率、功的计算、动能的影响因素
【点评】
本题围绕斜面机械效率的探究实验展开，涵盖实验操作、数据处理、物理量计算及结论总结，需运用控制变量法、机械效率公式等知识，考查学生的实验探究与综合应用能力。
【难度系数】
0.6
21 [2025河池期末]在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让不同质量的钢球从斜槽同一高度由静止开始滚下，将静止在水平面上的木块撞出一段距离，如图所示。
（1）在钢球从斜槽滚下的过程中，钢球的重力势能转化为
（2）实验表明，钢球质量越大，将木块撞得越远，对木块做功越
（3）在水平面上，被撞出的木块由于受到
（1）在钢球从斜槽滚下的过程中，钢球的重力势能转化为
动能
。（2）实验表明，钢球质量越大，将木块撞得越远，对木块做功越
多
，钢球的动能就越大
。如果要研究物体的动能与速度是否有关，应该选取质量
相等的钢球进行实验。（3）在水平面上，被撞出的木块由于受到
摩擦
力的作用而停下。假如水平面光滑且足够长，它将做匀速
直线运动。答案
21. （1）动能 （2）多 大 质量 （3）摩擦 匀速
解析
【分析】
本题围绕“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验展开，需结合能量转化、动能的影响因素、力与运动的关系分析各问题：（1）分析钢球滚下时能量的变化，判断转化形式；（2）利用转换法理解动能大小的体现，结合控制变量法分析动能与质量、速度的关系；（3）分析木块停下的原因，结合牛顿第一定律判断光滑水平面的运动状态。
【解析】
（1）钢球从斜槽滚下时，质量不变，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，因此钢球的重力势能转化为动能。
（2）实验中通过木块被撞的距离反映钢球动能大小，木块被撞得越远，说明钢球对木块做功越多，钢球的动能越大；根据控制变量法，研究动能与速度的关系时，需控制钢球的质量相等，改变速度（即选取质量相等的钢球，从不同高度滚下）。
（3）水平面上运动的木块受到摩擦力的作用，摩擦力改变了木块的运动状态，使其停下；若水平面光滑且足够长，木块不受阻力作用，根据牛顿第一定律，它将做匀速直线运动。
【答案】
（1）动能 （2）多 大 质量 （3）摩擦 匀速
【知识点】
动能与势能转化、影响动能的因素、力与运动的关系
【点评】
本题是基础实验题，考查动能相关的核心知识点，侧重对实验方法（转换法、控制变量法）和基本规律的应用，难度适中。
【难度系数】
0.7
本题围绕“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验展开，需结合能量转化、动能的影响因素、力与运动的关系分析各问题：（1）分析钢球滚下时能量的变化，判断转化形式；（2）利用转换法理解动能大小的体现，结合控制变量法分析动能与质量、速度的关系；（3）分析木块停下的原因，结合牛顿第一定律判断光滑水平面的运动状态。
【解析】
（1）钢球从斜槽滚下时，质量不变，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，因此钢球的重力势能转化为动能。
（2）实验中通过木块被撞的距离反映钢球动能大小，木块被撞得越远，说明钢球对木块做功越多，钢球的动能越大；根据控制变量法，研究动能与速度的关系时，需控制钢球的质量相等，改变速度（即选取质量相等的钢球，从不同高度滚下）。
（3）水平面上运动的木块受到摩擦力的作用，摩擦力改变了木块的运动状态，使其停下；若水平面光滑且足够长，木块不受阻力作用，根据牛顿第一定律，它将做匀速直线运动。
【答案】
（1）动能 （2）多 大 质量 （3）摩擦 匀速
【知识点】
动能与势能转化、影响动能的因素、力与运动的关系
【点评】
本题是基础实验题，考查动能相关的核心知识点，侧重对实验方法（转换法、控制变量法）和基本规律的应用，难度适中。
【难度系数】
0.7
22 如图所示，工人用滑轮组提升重物，已知重物重力$G_{物}=1000\ \mathrm{N}$，动滑轮重力$G_{动}=200\ \mathrm{N}$。在工人拉力$F$的作用下，重物匀速上升，30 s到达规定高度6 m处。不计绳重和机械之间的摩擦。
（1）求拉力$F$做功的功率。
（2）求该滑轮组的机械效率。（结果精确到0.1%）
（3）若用该滑轮组提升另一重物时，机械效率达到90%，求该重物的重力大小。
（1）求拉力$F$做功的功率。
（2）求该滑轮组的机械效率。（结果精确到0.1%）
（3）若用该滑轮组提升另一重物时，机械效率达到90%，求该重物的重力大小。
答案
22. （1）240 W （2）83.3% （3）1800 N
解析
【分析】
要解决这道滑轮组问题，首先确定承担物重的绳子段数$n$，再利用滑轮组的拉力公式、功和功率公式、机械效率公式逐步计算：
1. 计算拉力时，不计绳重和摩擦，拉力等于总重力（物重+动滑轮重）除以绳子段数；
2. 拉力移动距离与重物上升高度的关系为$s=nh$，结合时间可求拉力的功率；
3. 机械效率是有用功（提升重物做的功）与总功的比值；
4. 利用机械效率的推导式$\eta=\frac{G}{G+G_{动}}$，代入已知效率可求另一重物的重力。
【解析】
（1）由图可知，滑轮组承担物重的绳子段数$n=3$。
不计绳重和摩擦，拉力大小：
$F=\frac{G_{物}+G_{动}}{n}=\frac{1000\ \mathrm{N}+200\ \mathrm{N}}{3}=400\ \mathrm{N}$
重物上升高度$h=6\ \mathrm{m}$，则拉力移动的距离：
$s=nh=3×6\ \mathrm{m}=18\ \mathrm{m}$
拉力做的总功：
$W_{总}=Fs=400\ \mathrm{N}×18\ \mathrm{m}=7200\ \mathrm{J}$
拉力做功的功率：
$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{7200\ \mathrm{J}}{30\ \mathrm{s}}=240\ \mathrm{W}$
（2）有用功（提升重物做的功）：
$W_{有}=G_{物}h=1000\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=6000\ \mathrm{J}$
滑轮组的机械效率：
$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{6000\ \mathrm{J}}{7200\ \mathrm{J}}×100\%\approx83.3\%$
（3）不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率可推导为：
$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Gh+G_{动}h}=\frac{G}{G+G_{动}}$
当机械效率$\eta'=90\%$时，代入公式：
$90\%=\frac{G'}{G'+200\ \mathrm{N}}$
解得：$G'=1800\ \mathrm{N}$
【答案】
（1）240 W；（2）83.3%；（3）1800 N
【知识点】
滑轮组拉力计算、功率计算、机械效率计算
【点评】
本题考查滑轮组相关的功、功率、机械效率的计算，核心是确定承担物重的绳子段数，熟练运用相关公式即可解决，属于力学基础计算题，难度适中。
【难度系数】
0.7
要解决这道滑轮组问题，首先确定承担物重的绳子段数$n$，再利用滑轮组的拉力公式、功和功率公式、机械效率公式逐步计算：
1. 计算拉力时，不计绳重和摩擦，拉力等于总重力（物重+动滑轮重）除以绳子段数；
2. 拉力移动距离与重物上升高度的关系为$s=nh$，结合时间可求拉力的功率；
3. 机械效率是有用功（提升重物做的功）与总功的比值；
4. 利用机械效率的推导式$\eta=\frac{G}{G+G_{动}}$，代入已知效率可求另一重物的重力。
【解析】
（1）由图可知，滑轮组承担物重的绳子段数$n=3$。
不计绳重和摩擦，拉力大小：
$F=\frac{G_{物}+G_{动}}{n}=\frac{1000\ \mathrm{N}+200\ \mathrm{N}}{3}=400\ \mathrm{N}$
重物上升高度$h=6\ \mathrm{m}$，则拉力移动的距离：
$s=nh=3×6\ \mathrm{m}=18\ \mathrm{m}$
拉力做的总功：
$W_{总}=Fs=400\ \mathrm{N}×18\ \mathrm{m}=7200\ \mathrm{J}$
拉力做功的功率：
$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{7200\ \mathrm{J}}{30\ \mathrm{s}}=240\ \mathrm{W}$
（2）有用功（提升重物做的功）：
$W_{有}=G_{物}h=1000\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=6000\ \mathrm{J}$
滑轮组的机械效率：
$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{6000\ \mathrm{J}}{7200\ \mathrm{J}}×100\%\approx83.3\%$
（3）不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率可推导为：
$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Gh+G_{动}h}=\frac{G}{G+G_{动}}$
当机械效率$\eta'=90\%$时，代入公式：
$90\%=\frac{G'}{G'+200\ \mathrm{N}}$
解得：$G'=1800\ \mathrm{N}$
【答案】
（1）240 W；（2）83.3%；（3）1800 N
【知识点】
滑轮组拉力计算、功率计算、机械效率计算
【点评】
本题考查滑轮组相关的功、功率、机械效率的计算，核心是确定承担物重的绳子段数，熟练运用相关公式即可解决，属于力学基础计算题，难度适中。
【难度系数】
0.7
