從立交橋到斜面

河北省涉縣鹿頭中學(xué) 付曉強(qiáng) 李樹兵

【觀察發(fā)現(xiàn)】仔細(xì)觀察那些立交橋你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，其中的坡道都很長，而這些坡道就是物理課本中講到的斜面。坡道修建得很長，不僅是為了把各層公路連接起來，更重要的是為了使爬坡的車輛在通過時(shí)比較省力。那么，斜面的省力情況與哪些因素有關(guān)呢？

【大膽猜想】使用斜面的省力情況，可以通過比較沿斜面的拉力F與物體重力G的比值大小來判定，比值越小，越省力。至于斜面的省力情況與哪些因素有關(guān)，小米作了如下猜想：

猜想1：與斜面的傾斜程度有關(guān)；

猜想2：與斜面的表面材料有關(guān)；

猜想3：與物體受到的重力大小有關(guān)。

【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】小米為驗(yàn)證上述猜想，利用如下圖所示的裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中所用的物塊材料及其表面粗糙程度均相同。在沿斜面拉力的作用下，物塊在斜面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

【實(shí)驗(yàn)探究】1.探究斜面傾斜程度對省力情況的影響（控制其他因素不變，只改變斜面的傾角。物塊重20 N）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在其他因素相同時(shí)，斜面的傾角越大，拉力越大。即斜面的傾斜程度越小，越省力。

2.探究斜面的表面材料對省力情況的影響（控制其他因素不變，只改變斜面的粗糙程度。斜面傾角15°，物塊重20 N）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在其他因素相同時(shí)，斜面的粗糙程度越小，拉力越小。即斜面的粗糙程度越小，越省力。

特別提示：實(shí)驗(yàn)中拉著物塊沿斜面向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，物塊運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來自于外界的拉力，物塊受到的摩擦力沿斜面向下，是物塊運(yùn)動(dòng)的阻力；而汽車上坡時(shí)的動(dòng)力來自于車輪與路面之間的摩擦力，方向沿坡道向上，且坡道越光滑，路面與車輪之間的摩擦力越小，汽車越容易打滑，因此本實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論并不適用于汽車上坡的情況。我們在修建公路時(shí)通常采用瀝青路面，這樣不但能增大接觸面的粗糙程度防止打滑，為汽車提供足夠的動(dòng)力，還可以降低噪音，增加車輛的舒適度。

3.探究物體受到的重力大小對省力情況的影響（控制其他因素不變，只改變物重的大?。?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在其他因素相同時(shí)，物體受到的重力大小不影響斜面的省力情況。