Question

13．小明利用刻度均匀的匀质杠杆“探究杠杆的平衡条件”，如图所示，每个钩码重为0.5N．
（1）实验前，将杠杆的中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆左端偏高，应向左端调节平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡．
（2）在A点悬挂两个钩码，要使杠杆在水平位置平衡，需在B点悬挂3个钩码．
（3）取走悬挂在B点的钩码，改用弹簧测力计在C点竖直向上拉，使杠杆水平位置平衡．若改变弹簧测力计拉力的方向，使之斜向左上方，杠杆仍然在水平位置平衡，则测力计的读数将变大（变大/变小/不变），原因是拉力的力臂变小．
（4）小明利用此杠杆用1.6N的拉力将四个钩码匀速升高18cm，拉力方向移动的距离为25cm，杠杆的机械效率为90%，产生额外功的原因是克服杠杆与支点间摩擦及杠杆自重做额外功．

Answer 1

分析 （1）杠杆左端高，说明杠杆的重心在支点右侧，调节平衡螺母应使杠杆重心左移；
（2）由杠杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂．可计算出所挂钩码的大小和弹簧测力计的拉力；
（3）阻力和阻力臂不变时，动力臂减小，动力增大；
（4）在实验中，弹簧测力计向上拉力做的功是总功，克服钩码重力做的功是有用功，克服摩擦以及杠杆自重做的功是额外功；杠杆的机械效率可以根据公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$来计算．

解答 解：
（1）杠杆左端高，说明杠杆重心偏右，应将平衡螺母（左端和右端的均可）向左调节，使杠杆在水平位置平衡；
（2）杠杆平衡后，若在A点挂2个钩码，则左边点重力为2G；
又因为力臂OA=3，左边力臂OB=2，
所以由杠杆的平衡条件（F₁l₁=F₂l₂）可知：
2G×3=F_B×2．
解得F_B=3G，故应在B点应挂3个钩码，才能使杠杆恢复平衡．
一个钩码的重是0.5N，
根据杠杆平衡条件F₁L₁=F₂L₂得，
1N×3=F_C×4，F_C=1.5N，即在B处挂3个钩码．
（3）根据杠杆平衡条件F₁L₁=F₂L₂可知，
如改变弹簧测力计拉力的方向，使之斜向左上方，阻力和阻力臂不变，动力臂减小，动力要增大，所以弹簧测力计示数变大，才能使杠杆仍然水平平衡；
（4）杠杆的机械效率是：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{2N×0.18m}{1.6N×0.25m}$×100%=90%；
利用杠杆提升物体时，克服摩擦以及杠杆自重做额外功．
故答案为：（1）左；（2）3；（3）变大；拉力的力臂变小；（4）90%；克服杠杆与支点间摩擦及杠杆自重多做额外功．

点评 本题考查了杠杆平衡的调节和平衡条件的应用；要明确探究杠杆平衡条件时，使杠杆在水平位置平衡，便于测量力臂大小，杠杆的重心通过支点，消除杠杆重对杠杆平衡的影响，使实验简单化，便于探究．