从立交桥到斜面

河北省涉县鹿头中学 付晓强 李树兵

【观察发现】仔细观察那些立交桥你就会发现，其中的坡道都很长，而这些坡道就是物理课本中讲到的斜面。坡道修建得很长，不仅是为了把各层公路连接起来，更重要的是为了使爬坡的车辆在通过时比较省力。那么，斜面的省力情况与哪些因素有关呢？

【大胆猜想】使用斜面的省力情况，可以通过比较沿斜面的拉力F与物体重力G的比值大小来判定，比值越小，越省力。至于斜面的省力情况与哪些因素有关，小米作了如下猜想：

猜想1：与斜面的倾斜程度有关；

猜想2：与斜面的表面材料有关；

猜想3：与物体受到的重力大小有关。

【设计实验】小米为验证上述猜想，利用如下图所示的装置进行了实验。实验中所用的物块材料及其表面粗糙程度均相同。在沿斜面拉力的作用下，物块在斜面上做匀速直线运动。

【实验探究】1.探究斜面倾斜程度对省力情况的影响（控制其他因素不变，只改变斜面的倾角。物块重20 N）。实验数据见表1。

表1

实验结论：在其他因素相同时，斜面的倾角越大，拉力越大。即斜面的倾斜程度越小，越省力。

2.探究斜面的表面材料对省力情况的影响（控制其他因素不变，只改变斜面的粗糙程度。斜面倾角15°，物块重20 N）。实验数据见表2。

表2

实验结论：在其他因素相同时，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。

特别提示：实验中拉着物块沿斜面向上运动时，物块运动的动力来自于外界的拉力，物块受到的摩擦力沿斜面向下，是物块运动的阻力；而汽车上坡时的动力来自于车轮与路面之间的摩擦力，方向沿坡道向上，且坡道越光滑，路面与车轮之间的摩擦力越小，汽车越容易打滑，因此本实验得出的结论并不适用于汽车上坡的情况。我们在修建公路时通常采用沥青路面，这样不但能增大接触面的粗糙程度防止打滑，为汽车提供足够的动力，还可以降低噪音，增加车辆的舒适度。

3.探究物体受到的重力大小对省力情况的影响（控制其他因素不变，只改变物重的大小）。实验数据见表3。

实验结论：在其他因素相同时，物体受到的重力大小不影响斜面的省力情况。