Question

13．用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率，实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升．
（1）实验所用的弹簧测力计如图甲所示，在用它测力前应对它进行的操作是调零；
（2）在A点挂重为1.0N的钩码，经杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数如图乙所示，读数为0.5N，其他相关测量数据在下表①中，杠杆的机械效率为66.7%，将A点所挂钩码重力增加为1.5N，再做一次实验，数据填写在②中．

次数	钩码总重G/N	钩码移动距离h/m	拉力F/N	测力计移动距离s/m	机械效率
①	1.0	0.10		0.30
②	1.5	0.10	0.7	0.30	71.4

①请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：杠杆有自重；
②根据表中数据，不能（能/不能）得出在A点挂钩码时，杠杆的机械效率与所挂钩码的重力关系的结论？如果能，请写出结论；如果不能，请简要理由，答：一次对比实验所得结论是不可靠的；
（3）用该实验装置，研究杠杆的机械效率与挂钩码位置的关系，请你简述实验方案：在完成实验①的基础上，改变所挂钩码的位置再做二次实验，分别重复上述步骤测出杠杆的机械效率，加以比较，得出结论．

Answer 1

分析 （1）弹簧测力计在使用前要先调零；
（2）弹簧测力计进行读数时，需看清弹簧测力计的分度值，然后根据指针位置进行读数；
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，杠杆的机械效率可以根据公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$来计算；
①克服摩擦以及杠杆自重做的功是额外功；
②通过探究实验时，应进行多次实验，分析多组数据，才能得出正确结论；
（3）要探究机械效率与挂钩码位置的关系，应采取控制变量法，保持钩码的个数不变，只需要改变钩码的位置进行探究即可．

解答 解：
（1）实验所用的弹簧测力计如图甲所示，在用它测力前应对它进行的操作是调零；
（2）由图可知，弹簧测力计的分度值是0.1N，所以它的示数是0.5N．
在实验过程中，有用功是：W_有用=Gh=1N×0.1m=0.1J
总功是：W_总=Fs=0.5N×0.3m=0.15J
所以杠杆的机械效率是：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{0.1J}{0.15J}$×100%≈66.7%；
①额外功产生的原因：克服机械的重做功、克服摩擦做功；
②分析机械效率的影响因素采取控制变量法，研究提起的物重和机械效率的关系时，应保持位置不变．
应进行多次实验，分析多组数据，才能得出正确结论．只凭一次实验数据做出结论是不科学的．
（3）在完成实验①的基础上，改变所挂钩码的位置再做二次实验，分别重复上述步骤测出杠杆的机械效率，加以比较，得出结论．
故答案为：（1）调零；（2）0.5； 66.7；①杠杆有自重；②不能；一次对比实验所得结论是不可靠的；（3）在完成实验①的基础上，改变所挂钩码的位置再做二次实验，分别重复上述步骤测出杠杆的机械效率，加以比较，得出结论．

点评 （1）机械效率的计算是同学们应该掌握的基本技能，关键是搞清楚有用功和总功，一般来说，使用机械所用外力做的功是总功，而克服提升重物重力做的功是有用功．
（2）能正确分析额外功的原因，如何提高机械效率．以及用控制变量法研究机械效率的影响因素．