Question

17．如图甲所示，小明在探究“杠杆的平衡条件”实验中所用的实验器材有：杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个．

（1）杠杆调节平衡后，小明在杠杆上A点处挂4个钩码，在B点处挂6个钩码杠杆恰好在原位置平衡．于是小明便得出了杠杆的平衡条件为：F_A×OA=F_B×OB．他这样得出的结论是否合理？不合理．为什么？一次实验具有偶然性，应多次实验，避免偶然性，寻找普遍规律．
（2）实验结束后，小明提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成立？”于是小明同学利用如图乙所示装置进行探究，发现在杠杆左端的不同位置，用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于平衡状态时，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符．其原因是：杠杆有自重．
（3）小明用如图丙所示的实验装置继续研究“杠杆的机械效率”．实验时，将总重为G的钩码挂在杠杆A处，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，钩码上升的高度为h，弹簧测力计的示数为F，其移动的距离为S，则杠杆的机械效率η=$\frac{Gh}{Fs}$（用题中字母表示）．若将钩码移动到B点，仍将它匀速提升h的高度，则弹簧测力计的示数F′＞（＞/=/＜） F，杠杆的机械效率η′＞（＞/=/＜）η．

Answer 1

分析 （1）实验时，如果只用一组数据得到结论，偶然性太大，因此应获取多组实验数据归纳出物理规律．
（2）图乙中，支点位于动力和阻力的右侧，弹簧测力计不但提了钩码，而且还提了杠杆，杠杆的重力对杠杆转动产生了影响．
（3）根据η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$表示出杠杆的机械效率；
根据杠杆平衡条件进行分析；通过分析有用功和额外功的变化得出机械效率的变化

解答 解：（1）只通过一次测量，数据具有偶然性，不具备普遍性，应多次实验，避免偶然性，寻找普遍规律；
（2）图乙中，杠杆的重心不在支点上，杠杆的重力对杠杆转动产生了影响，导致拉力F的大小比由杠杆平衡条件计算出来的数值偏大．
（3）杠杆的机械效率：η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$；
根据图示可知，将钩码移动到B点时，阻力和动力臂都不变，阻力臂增大，由F₁L₁=F₂L₂可知，动力将增大，即F′＞F；
将钩码移至B点，提升相同高度，有用功相同，弹簧测力计竖直移动的距离不同，B点时杠杆上上升的高度小些，做的额外功小些，所以机械效率变大，即η′＞η．
故答案为：（1）不合理；一次实验具有偶然性，应多次实验，避免偶然性，寻找普遍规律；（2）杠杆有自重；（3）$\frac{Gh}{Fs}$；＞；＞．

点评 本题考查杠杆机械效率的测量，把握有用功、总功的计算方式，明确机械效率的表达式和杠杆的平衡条件是关键．