從立交橋到斜面

河北省涉縣鹿頭中學 付曉強 李樹兵

【觀察發現】仔細觀察那些立交橋你就會發現，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比較省力。那么，斜面的省力情況與哪些因素有關呢？

【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，小米作了如下猜想：

猜想1：與斜面的傾斜程度有關；

猜想2：與斜面的表面材料有關；

猜想3：與物體受到的重力大小有關。

【設計實驗】小米為驗證上述猜想，利用如下圖所示的裝置進行了實驗。實驗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動。

【實驗探究】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）。實驗數據見表1。

表1

實驗結論：在其他因素相同時，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）。實驗數據見表2。

表2

實驗結論：在其他因素相同時，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：實驗中拉著物塊沿斜面向上運動時，物塊運動的動力來自于外界的拉力，物塊受到的摩擦力沿斜面向下，是物塊運動的阻力；而汽車上坡時的動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，因此本實驗得出的結論并不適用于汽車上坡的情況。我們在修建公路時通常采用瀝青路面，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，只改變物重的大小）。實驗數據見表3。

實驗結論：在其他因素相同時，物體受到的重力大小不影響斜面的省力情況。