Question

7．按要求完成下面實驗題．

（1）某同學做探究杠桿平衡條件的實驗時，為了方便對力臂的測量，該同學先調(diào)節(jié)平衡螺母，杠桿在水平位置平衡；實驗中，在杠桿的A點掛四個重均為0.5N的鉤碼，用調(diào)好的彈簧測力計豎直向上拉杠桿上的B點，使杠桿水平平衡，如圖甲所示，測力計的示數(shù)是1N；如果將測力計沿圖中虛線方向拉，仍使杠桿在水平位置平衡，則測力計的示數(shù)將變大（選填“變大”、“不變”或“變小”）．
（2）如圖乙所示，用裝有細沙的容器、三角小桌和質(zhì)量不同的木塊做“探究重力勢能大小與哪些因素有關(guān)”的實驗．
①該實驗是通過觀察比較小桌的腳陷入細沙中的深度來判斷物體重力勢能大小的．下列實例中與此方法相同的有D．
A．研究電流時用水流來類比電流
B．研究光的傳播方向和路徑時引入光線
C．檢修電路時用一個電阻代替兩個電阻
D．在電流熱效應的實驗中用溫度的變化表示吸收熱量的多少
②實驗中采用質(zhì)量不同的木塊，為了探究物體重力勢能大小與物體質(zhì)量的關(guān)系，操作時應該讓木塊從相同（選填“相同”或“不同”）的高度自由落下．
③若要探究物體重力勢能大小與物體高度的關(guān)系，請簡要說明具體做法讓同一木塊從不同高度下落，比較小桌下陷的深度．
（3）如圖丙所示，則測定杠桿機械效率的實驗中，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使拴在杠桿OB上的物塊緩慢上升至虛線位置，測力計的示數(shù)F為2.5N，測力計豎直移動的距離s為0.2m，物塊重G為1.5n，物塊上升的高度h為0.3m，則杠桿的機械效率為90%，使用杠桿提升物塊的過程中，所做的額外功的原因之一是由于使用杠桿時需要克服杠桿自重（克服摩擦力）等做功．

Answer 1

分析 （1）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；
設(shè)杠桿的每一個小格代表1cm，知道動力臂、阻力臂、阻力，根據(jù)杠桿平衡條件求出動力．
當彈簧測力計傾斜拉杠桿時，動力臂減小，阻力和阻力臂不變，動力會增大．
（2）掌握轉(zhuǎn)換法在此實驗中的應用，此實驗通過小桌陷入沙子中的深度來判斷重力勢能的大小；
掌握控制變量法在此實驗中的應用，重力勢能與物體的質(zhì)量和被舉高度有關(guān)，在探究重力勢能與其中一個量的關(guān)系時，另一個量保持不變，改變要探究的量．
（3）對彈簧測力計進行讀數(shù)時，需看清彈簧測力計的分度值，然后根據(jù)指針位置進行讀數(shù)．
在實驗中，彈簧測力計向上拉力做的功是總功，克服鉤碼重力做的功是有用功，克服摩擦以及杠桿自重做的功是額外功；杠桿的機械效率可以根據(jù)公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$來計算．

解答 解：（1）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．所以杠桿在水平位置平衡，可以使實驗簡單化．
∵F₁l₁=F₂l₂，
即：F₁×8L=2N×4L，
∴F₁=1N．
彈簧測力計豎直向上拉杠桿時，動力臂是OB，當彈簧測力計傾斜拉杠桿時，動力臂是OD，動力臂減小，阻力和阻力臂不變，動力會變大．
（2）①本實驗是通過觀察方桌陷入沙中的深淺來判斷影響金屬塊的重力勢能大小的因素；因重力勢能的大小無法直接觀察到，所以采用的是轉(zhuǎn)換法，而下面四個研究實例中，
A．研究電流時用水流來類比電流，是類比的方法；
B．研究光的傳播方向和路徑時引入光線，是模型法或建模法；
C．檢修電路時用一個電阻代替兩個電阻，利用等效替代法；
D．在電流熱效應的實驗中用溫度的變化表示吸收熱量的多少，利用了轉(zhuǎn)換法；
②實驗中采用質(zhì)量不同的物塊，是為了探究重力勢能與質(zhì)量的關(guān)系，在探究過程中要注意保持物體從同一高度由靜止落下；
③若要探究物體重力勢能大小與物體高度的關(guān)系，則需讓同一木塊從不同高度下落，比較小桌下陷的深度．
（3）彈簧測力計的分度值是0.1N，讀數(shù)是：2.5N；
W_有用=Gh=1.5N×0.3m=0.45J；
W_總=Fs=2.5N×0.2m=0.5J；
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{0.45J}{0.5J}$×100%=90%
（3）因為杠桿自身有重力，提升物體的同時也要提升杠桿，即克服杠桿自重做功，就有了額外功；
故答案為：（1）水平；1；變大；
（2）①D；②質(zhì)量；相同；③讓同一木塊從不同高度下落，比較小桌下陷的深度；
（3）2.5；90；由于使用杠桿時需要克服杠桿自重（克服摩擦力）等做功．

點評 （1）對于杠桿平衡問題，杠桿平衡條件是最基本的規(guī)律，用杠桿平衡條件去解決問題，一定要掌握．
（2）探究重力勢能與質(zhì)量和高度的關(guān)系的實驗中，注意轉(zhuǎn)換法和控制變量法在該實驗中的應用．