Question

2．小明在探究利用杠桿做功的實(shí)踐活動中，杠桿一端固定，中點(diǎn)處掛有一重力G為20N的重物，現(xiàn)用手豎直提起杠桿的另一端，使物體緩慢勻速提升（摩擦忽略不計）．
（1）若不計杠桿自重，求拉力F的大小？
（2）若杠桿是一根自重為5N、材料均勻的硬棒，將重物提升的高度h為0．L0m，小明使用杠桿所做的有用功W_有用為多大？機(jī)械效率η是多大？

Answer 1

分析 （1）由于拉力總是豎直向上的，重物掛在杠桿的中點(diǎn)，所以動力臂是阻力臂的2倍．根據(jù)杠桿平衡條件求出拉力大小．
（2）知道重物重力和重物上升的距離，根據(jù)W=Gh求出有用功，知道杠桿在重力和杠桿中點(diǎn)上升的距離，根據(jù)W=Gh求出額外功；求出總功；根據(jù)機(jī)械效率公式求出機(jī)械效率．

解答 解：（1）由杠桿原理可知：FL₁=GL₂，即$\frac{F}{G}$=$\frac{{L}_{2}}{{L}_{1}}$=$\frac{1}{2}$，F(xiàn)=$\frac{1}{2}$G=$\frac{1}{2}$×20N=10N．
（2）W_有用=Gh=20N×0.1m=2J，
W_額外=G_桿h=5N×0.1m=0.5J，
W_總=W_有用+W_額外=2J+0.5J=2.5J，
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{2J}{2.5J}$×100%=80%．
答：（1）不計杠桿自身重力和摩擦，拉力F是10N．
（2）小明使用杠桿所做的有用功為2J．機(jī)械效率是80%．

點(diǎn)評 對于已知機(jī)械效率或要求機(jī)械效率的問題，想法求出有用功、總功，根據(jù)機(jī)械效率公式求出未知量．