Question

小明利用杠桿做了兩個小實驗：
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，桿杠處于

平衡

（“平衡”或“不平衡”）狀態(tài)，此時應(yīng)調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡，這樣做是為了

便于測出力臂大小

；
（2）實驗中改變支點兩側(cè)的鉤碼位置和個數(shù)，用同樣的方法一般要做三次，得到三組數(shù)據(jù)并進行分析．這樣做的目的是

使實驗結(jié)論具有普遍性

．
（3）在圖（乙）中使杠桿處于平衡狀態(tài)時，測出的拉力大小與杠桿平衡條件不相符．其原因是：

從杠桿上直接讀取不是拉力的力臂

．
B：“探究杠桿的機械效率”
如圖丙所示裝置，每個鉤碼的質(zhì)量為m，O為支點．
（1）他將2只鉤碼懸掛在B點，在A點豎直向上勻速拉動彈簧測力計，拉力為F₁，測得A、B兩點上升的高度分別為h₁、h₂，則此次杠桿的機械效率為η=

2mgh2

F1h1

×100%

．（用物理量的符號表示）
（2）他將2只鉤碼懸掛在C點，在A點豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使C點上升高度為h₂，則彈簧測力計的示數(shù)將

大于

（大于/等于/小于）F₁，此次彈簧測力計做的功將

小于

（大于/等于/小于）第一次做的功．
（3）他將3只鉤碼懸掛在C點，在A點豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使C點上升高度仍為h₂，則第3次杠桿的機械效率與前兩次相比

最大

（最大/最小/三次相等）．

Answer 1

分析：A、（1）杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài)時，都杠桿處于平衡狀態(tài)；探究杠桿平衡條件時，使杠桿在水平位置平衡，力臂在杠桿上，便于測量力臂，同時杠桿的重心通過支點，消除杠桿自重對杠桿平衡的影響．
（2）初中物理用實驗探究物理問題時要進行多次實驗，有的是為了多次測量求平均值來減小誤差；有的是多次測量發(fā)現(xiàn)變化規(guī)律；有的是為了使實驗結(jié)論具有普遍性．
（3）杠桿在水平位置平衡時力的方向與杠桿垂直，力臂的長度可以直接從杠桿上讀出來．
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，總功等于彈簧測力計的拉力做的功，機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點時，重力的力臂大于在B點重力的力臂，而動力臂不變，根據(jù)杠桿平衡的條件可知彈簧測力計的示數(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力計做功的變化情況．
（3）分析有用功、額外功的變化，然后根據(jù)機械效率公式即可得出正確結(jié)果．

解答：解：
A、（1）如圖（甲）杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以杠桿處于平衡狀態(tài)．但是杠桿右端上翹，沒有在水平位置平衡，調(diào)節(jié)兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡，力臂在杠桿上，便于測出力臂大�。�
（2）改變支點兩側(cè)的鉤碼位置和個數(shù)，一般要做三次實驗，得到三組數(shù)據(jù)并進行分析，得出的實驗結(jié)論具有普遍性，避免偶然性．
（3）力臂等于支點到力的作用線的距離，當(dāng)杠桿在水平位置平衡時，拉力的方向與杠桿不垂直，力臂不等于從杠桿標(biāo)尺刻度上直接讀出的，因此測出的拉力大小與杠桿平衡條件不相符，從杠桿上直接讀取不是拉力的力臂．
B、（1）有用功為W_有=Gh₂=2mgh₂，總功W_總=F₁h₁，則機械效率的表達式η=

W有

W總

×100%=

2mgh2

F1h1

×100%．
（2）鉤碼的懸掛點在B點時，由杠杠的平衡條件得F₁?OA=G?OB；懸掛點移至C點時，由杠杠的平衡條件得F₂?OA=G?OC；從圖中可以看出，由OB到OC力臂變大，所以彈簧測力計的示數(shù)變大，有用功不變，但杠桿提升的高度減小，額外功減小，又因為總功等于額外功與有用功之和，因此此次彈簧測力計做的功將小于第一次做的功．
（3）因為第一次與第二次的有用功相等，并且第二次的額外功小，因為機械效率等于有用功與總功的比值，因此第一次的機械效率小于第二次的機械效率；
將3只鉤碼懸掛在C點時，物體升高的高度不變，物重增加，由W_有=Gh₂可得，有用功變大，但杠桿提升的高度與第二次相同，額外功與第二次相同，又因為機械效率等于有用功與總功的比值，因此第三次的機械效率大于第二次的機械效率．
綜上所述，第三次的機械效率最大．
故答案為：
A、（1）平衡；左；（2）便于測出力臂大��；（3）從杠桿上直接讀取不是拉力的力臂．
B、（1）

2mgh2

F1h1

×100%；（2）大于；小于；（3）最大．

點評：本題考查杠桿機械效率的測量，把握有用功、總功的計算方式，明確機械效率的表達式，知道總功等于有用功與額外功之和．