Question

A：某小組研究“杠桿平衡條件”，

（1）當杠桿靜止在如圖甲所示位置時，處于______（“平衡”或“不平衡”）狀態．此時調節兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡，這樣做是為了______．
（2）實驗中改變鉤碼位置和個數，一般要做三次，其目的是______．
（3）如圖乙所示，彈簧測力計在C處由豎直向上逐漸向右傾斜拉動杠桿，仍使杠桿在水平位置保持平衡，則彈簧測力計的示數將______（選填“變大”、“變小”或“保持不變”），其原因是______．
B：如圖丙所示為研究“杠桿機械效率”的裝置，每個鉤碼重為G，O為支點．
（1）將2只鉤碼掛在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，則杠桿的機械效率為η=______．（用物理量的符號表示）
（2）將2只鉤碼掛在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將______（大于/等于/小于）F₁．
（3）將3只鉤碼掛在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，則與前兩次相比，第三次杠桿的機械效率______（最大/最小/三次相等）．

Answer 1

【答案】分析：（1）杠桿處于靜止狀態或勻速轉動狀態時，杠桿處于平衡狀態；使杠桿在水平位置平衡，這是為了便于測量力臂，同時使杠桿所受的重力通過支點，從而可以不考慮杠桿自身的重力對其轉動的影響；
（2）實驗規律應建立在多次測量的基礎上，以避免得到偶然性的結論；
（3）根據杠桿平衡條件F₁L₁=F₂L₂進行判斷；
（4）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；
（5）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，根據杠桿平衡的條件可知彈簧測力計的示數的變化情況；
（6）分析有用功、額外功的變化，然后根據機械效率公式即可得出正確結果．
解答：解：A：（1）杠桿靜止在如圖甲所示位置，杠桿處于靜止狀態，所以此時杠桿處于平衡狀態；調節杠桿在水平位置平衡，目的是便于從杠桿上測量力臂，同時是為了讓杠桿的重心在支點上，可避免杠桿自重的影響；
（2）在多次實驗的基礎上通過分析才能得出結論，排除偶然性，得到普遍的規律．
（3）杠桿在水平位置平衡，阻力、阻力臂不變，彈簧測力計傾斜拉動杠桿時，動力臂變小，動力變大，所以彈簧測力計示數會變大；
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=×100%=×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變大；
（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；便于測量力臂，同時消除杠桿自身重對杠桿平衡的影響；（2）得到的結論具有普遍性；（3）變大；其力臂減小；
B：（1）×100%；（2）大于；（3）最大．
點評：（1）杠桿平衡條件應用比較廣泛，利用杠桿平衡條件可以判斷杠桿是否平衡、力臂大小、力的大小等．
（2）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．