Question

8．某班同學(xué)利用杠桿做了以下的實(shí)驗(yàn)：
A：“探究杠桿的平衡條件”
（1）當(dāng)桿杠靜止在圖甲所示的位置時(shí)，桿杠處于平衡（選填“平衡”或“不平衡”）狀態(tài)；如圖甲中，應(yīng)將右端的平衡螺母向右（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)，使杠桿在水平位置平衡；
（2）小明同學(xué)用圖乙所示的方法使杠桿處于平衡狀態(tài)，測(cè)出此時(shí)的拉力大小為F₁，發(fā)現(xiàn)F₁L₁≠F₂L₂，其原因是：F₁的力臂測(cè)量錯(cuò)誤．
B：“探究杠桿的機(jī)械效率”
如圖丙所示裝置，每個(gè)鉤碼的質(zhì)量為m，O為支點(diǎn)．（支點(diǎn)處摩擦忽略不計(jì)）
（1）他將2只鉤碼懸掛在B點(diǎn)，在A點(diǎn)豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，拉力為F₁，測(cè)得A、B兩點(diǎn)上升的高度分別為h₁、h₂，則此次杠桿的機(jī)械效率為η=$\frac{2mg{h}_{2}}{{F}_{1}{h}_{1}}$×100%；．（用物理量的符號(hào)表示）
（2）他將2只鉤碼懸掛在C點(diǎn)，在A點(diǎn)豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使C點(diǎn)上升高度仍為h₂，則彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)將大于（選填“大于”、“等于”或“小于”下同）F₁，此次杠桿的機(jī)械效率為η′，則η′大于η．

Answer 1

分析 A：（1）①杠桿靜止時(shí)或杠桿勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，杠桿處于平衡狀態(tài)；
②使杠桿在水平位置平衡，便于測(cè)量力臂大小，杠桿的重心通過支點(diǎn)，消除杠桿重對(duì)杠桿平衡的影響，使實(shí)驗(yàn)簡單化，便于探究；
（2）由圖可見，拉力F₁的方向與杠桿不垂直，因此力臂不等于支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離的，只有拉力方向與杠桿垂直時(shí)，拉力的力臂才等于支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離；
B：（1）使用杠桿克服鉤碼的重力做功，有用功等于克服鉤碼重力做的功，總功等于彈簧測(cè)力計(jì)的拉力做的功，機(jī)械效率等于有用功和總功的比值；
（2）從圖中可以看出，將2只鉤碼懸掛在C點(diǎn)時(shí)，重力的力臂大于在B點(diǎn)重力的力臂，而動(dòng)力臂不變，根據(jù)杠桿平衡的條件可知彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)的變化情況，再分析有用功和額外功的變化，根據(jù)總功等于有用功和額外功之和得出彈簧測(cè)力計(jì)做功的變化情況．

解答 解：A：（1）杠桿靜止時(shí)，杠桿處于平衡狀態(tài)；圖甲中，杠桿右高左低，應(yīng)將右端的平衡螺母向右調(diào)節(jié)，使杠桿在水平位置平衡，力臂在杠桿上，便于測(cè)量力臂大小，杠桿重心通過支點(diǎn)，可以消除杠桿自重對(duì)杠桿平衡的影響；
（2）圖中，拉力F₁的方向與水平杠桿不垂直，只有力的方向與杠桿垂直時(shí)，力臂才能從杠桿上直接讀出來，小明誤把杠桿的長度L₁當(dāng)成了拉力的力臂，所以小明會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論；
B：（1）有用功為W_有=Gh₂=2mgh₂，總功W_總=F₁h₁，則機(jī)械效率的表達(dá)式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{2mg{h}_{2}}{{F}_{1}{h}_{1}}$×100%；
（2）鉤碼的懸掛點(diǎn)在B點(diǎn)時(shí)，由杠杠平衡條件得F₁•OA=G•OB；懸掛點(diǎn)移至C點(diǎn)時(shí)，由杠杠的平衡條件得F₂•OA=G•OC；從圖可知，OB＜OC，阻力臂變大，所以彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變大；
由于鉤碼數(shù)目不變，上升高度仍為h₂，故有用功不變，但杠桿提升的高度減小，額外功減小，又因?yàn)榭偣Φ扔陬~外功與有用功之和，總功變小，故此次杠桿的機(jī)械效率變大，即η′＞η．
故答案為：A：（1）平衡； 右；水平；（2）F₁的力臂測(cè)量錯(cuò)誤；
B：（1）$\frac{2mg{h}_{2}}{{F}_{1}{h}_{1}}$×100%；（2）大于；大于．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了杠桿平衡的條件，在實(shí)驗(yàn)中我們應(yīng)首先調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡，以便直接讀出力臂；用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)，應(yīng)注意豎直方向拉動(dòng)測(cè)力計(jì)；杠桿平衡的條件就是動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂．