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探究杠桿的機械效率實驗裝置

 發布時間：2023-02-19 06:25:23

① 用如圖所示的實驗裝置測量杠桿的機械效率。實驗時，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使掛在較長杠桿下面的鉤

（1）0.5，66.7，由於使用杠桿時需要克服杠桿自重（克服摩擦力）等做功
（2）不能，兩次實驗時鉤碼沒有掛在同一位置，僅根據一次對比實驗所得結論是不可靠的。

② 用如圖所示的實驗裝置測量杠桿的機械效率．實驗時，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使掛在較長杠桿下面的鉤

（1）由圖可知，彈簧測力計的分度值是0.1N，所以它的示數是0.5N；
在實驗過程中，有用功：W有用=Gh=1.0N×0.1m=0.1J，
總功：W總=Fs=0.5N×0.3m=0.15J，
所以杠桿的機械效率是：η=

W有用
W總
×100%=
0.1J
0.15J
×100%=66.7%．
利用杠桿提升物體時，克服摩擦以及杠桿自重做的功都是額外功．
（2）根據表中第一次實驗數據可知，W總1=F1s1=0.7N×0.3m=0.21J；
根據表中第二次實驗數據可知，W有用2=G2h2=2N×0.15m=0.3J；
第二次實驗中，杠桿的機械效率：η2=
W有用2
W總2
×100%=
0.3J
0.36J
×100%=83.3%；
（3）分析機械效率的影響因素應採取控制變數法，研究提起的物重和機械效率的關系時，應保持鉤碼所掛位置不變，而實驗中，兩次鉤碼懸掛的位置是不同的；
同時，還應進行多次實驗，分析多組數據，才能得出有說服力的正確結論，只憑一次實驗數據做出結論是不科學的．
故答案為：（1）0.5；66.7；①摩擦；②杠桿自重；（2）0.21；0.3；83.3；（3）不能；兩次實驗時鉤碼沒有掛在同一位置，僅根據一次對比實驗所得結論是不可靠的．

③ 某實驗小組利用圖所示裝置研究杠桿的機械效率，實驗的主要步驟如下：①用輕繩懸掛杠桿一端的O點作為支點

（1）有用功為W有=Gh1，總功W總=Fh2，則機械效率的表達式η=

W有用
W總
×100%=
Gh1
Fh2
×100%．
（2）有用功是提升鉤碼所做的功，額外功主要是克服杠桿重力做的功，影響機械效率的因素主要是有用功和總功所佔的比例；提升的鉤碼重一定說明有用功一定，所以影響杠桿機械效率的主要因素是杠桿自身的重力．
（3）將三個相同的鉤碼懸掛在A點勻速提高相同高度時，根據W=Gh可知：W有用1＜W有用2，
∵杠桿的自身重力不變，
∴根據W額=G桿h可知額外功不變，
∵η=
W有用
W總
=
W有用
W有用+W額
；
∴η2＞η1．
（4）鉤碼的懸掛點在A點時，由杠杠的平衡條件得G?OA=F?OB；懸掛點移至C點時，由杠杠的平衡條件得G?OC=F?OB，經對比發現，由OA到OC時力臂變大，所以拉力F也變大，因鉤碼勻速提高相同高度時則杠桿提升的高度減小，所以根據W額=Gh可知額外功減小，因此在有用功相同的條件下，杠桿的機械效率變大，即ηA＜ηC．
（5）由圖可知杠桿的重心不在支點上，杠桿的重力對杠桿轉動產生了影響，導致拉力F的大小比由杠桿平衡條件計算出來的數值偏大．
故答案為：（1）
Gh1
Fh2
×100%；（2）杠桿自身的重力；（3）＞；（4）＜；（5）杠桿自重的影響．

④ 某實驗小組利用如圖所示裝置研究杠桿的機械效率，實驗的主要步驟如下：①用輕繩懸掛杠桿一端的O點作為支

（1）有用功為抄W 有 =Gh 1 ，總襲功W 總 =Fh 2 ，則機械效率的表達式η=
W 有
W 總
×100%=
Gh
Fs
×100%．
（2）有用功是提升鉤碼所做的功，額外功主要是克服杠桿重力做的功，影響機械效率的因素主要是有用功和總功所佔的比例；提升的鉤碼重一定說明有用功一定，所以影響杠桿機械效率的主要因素是杠桿自身的重力，因此要想提高該杠桿機械效率，需減小杠桿自重．
（3）鉤碼的懸掛點在A點時，由杠杠的平衡條件得G?OA=F?OB；懸掛點移至C點時，由杠杠的平衡條件得G?OC=F?OB，經對比發現，由OA到OC力臂變大，所以拉力F也變大，杠桿提升的高度減小，額外功減小，因此杠桿的機械效率變大．
故答案為：（1）
Gh
Fs
×100%；（3）減小杠桿的自重；（4）變大．

⑤ 用如圖所示的實驗裝置測量杠桿的機械效率．實驗時，豎直向上以0.2m/s速度勻速拉動彈簧測力計，使掛在較長

（1）拉力的功率P=

W
t
=
Fs
t
=Fv=0.5N×0.2m/s=0.1W；
有用功W有用=Gh=1N×0.1m=0.1J；
總功W總=Fs=0.5N×0.3m=0.15J，
機械效率η=
W有用
W總
×100%=
0.1J
0.15J
×100%≈66.7%；
（2）根據表中數據，不能得出「杠桿的機械效率與所掛鉤碼的重有關，鉤碼越重其效率越高」的結論；
理由是：
①分析機械效率的影響因素採取控制變數法，研究提起的物重和機械效率的關系時，應保持鉤碼懸掛的位置不變；
②應進行多次實驗，分析多組數據，才能得出正確結論．只憑一次實驗數據做出結論是不科學的．
故答案為：（1）0.1；0.1；66.7；（2）不能；①兩次實驗時，鉤碼沒有掛在同一位置；②根據一次對比實驗所得結論是不可靠的．

⑥ 設計一個實驗探究影響杠桿機械效率的因素

器材：一根長一米、重5牛、2牛的兩個杠桿，一個20牛的重物和一個彈簧測力計。
試驗1.用重力5牛的杠桿一端做支點O，
重物掛在距支點50厘米處A點，彈簧秤向上拉在另一端距支點100厘米處B點。
測試：拉力F為15牛。
計算:W有用=OA*G=0.5×20=10J.
W總=OB*15=1×15=15J.
效率=10/15×100%≈67%.
試驗2.用重力5牛的杠桿中點做支點O，
重物掛在左端距支點50厘米處A點，彈簧秤向下拉在另右端距支點50厘米處B點。
測試：拉力F為20牛。
計算:W有用=AO*G=0.5×20=10J.
W總=OB*20=0.5×=10J.
效率=10/10×100%=1.
換用2牛的杠桿做上述相同的試驗……。
得出：杠桿的機械效率1.與杠桿的重力有關（重力越大，效率越低）；2.與支點的位置有關。

⑦ 某實驗小組利用圖示裝置研究杠桿的機械效率，實驗的主要步驟如下：①用輕繩懸掛杠桿一端的O點作為支點，

（1）在步驟②中應該勻速豎直向上拉動彈簧測力計，以保證拉力大小恆定．
（2）有用功為回W有=Gh1，總功答W總=Fh2，則機械效率的表達式η=

W有
W總
×100%=
Gh1
Fh2
×100%．
（3）有用功是提升鉤碼所做的功，額外功主要是克服杠桿重力做的功，影響機械效率的因素主要是有用功和總功所佔的比例；提升的鉤碼重一定，重物升高的距離一定，說明有用功一定，所以影響杠桿機械效率的主要因素是杠桿自身的重力．
（4）杠桿提升鉤碼時，對鉤碼做有用功，克服杠桿重做額外功，並且W有+W額=W總；
設杠桿重心升高的距離為h，則有：Gh1+G杠h=Fh2，而G不變，h1不變，G杠不變，鉤碼從A點到C點，鉤碼還升高相同的高度，杠桿上旋的角度減小，杠桿升高的距離h變小，
所以Gh1+G杠h變小，所以Fh2也變小；由η=
Gh1
Fh2
可知，杠桿的機械效率變大．
故答案為：（1）勻速豎直向上拉動；（2）
Gh1
Fh2
×100%；（3）杠桿的自重；（4）變大．

⑧ 用如圖所示的實驗裝置測量杠桿的機械效率。實驗時，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使掛在較長杠桿下面的鉤

（1）0.5，66.7％
（2）>
（3）＜

⑨ 小明用如圖所示的實驗裝置研究「杠桿的機械效率」．實驗時，將總重為G的鉤碼掛在杠桿A處，豎直向上勻速拉

（1）杠桿的機械效率：η=

W有
W總
=
Gh
FS
；
（2）根據圖示可知，將鉤碼移動到B點時，阻力回和阻答力臂都不變，動力臂減小，由F1L1=F2L2可知，動力將增大，即F′＞F；
由於有用功和額外功均不變，則總功也不變，故機械效率不變，即η′=η．
故答案為：
Gh
FS
；＞；=．

⑩ 用如圖所示的實驗裝置測量杠桿的機械效率，實驗時，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使掛在較長杠桿下面的鉤

（1）0.5，66.7% ，杠桿自重（2）不能得出此結論①沒有控制重物懸掛點位置不變（或者沒有控制變數）②測量次數太少

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