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探究杠杆的机械效率实验装置

 发布时间：2023-02-19 06:25:23

① 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

（1）0.5，66.7，由于使用杠杆时需要克服杠杆自重（克服摩擦力）等做功
（2）不能，两次实验时钩码没有挂在同一位置，仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的。

② 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

（1）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：W有用=Gh=1.0N×0.1m=0.1J，
总功：W总=Fs=0.5N×0.3m=0.15J，
所以杠杆的机械效率是：η=

W有用
W总
×100%=
0.1J
0.15J
×100%=66.7%．
利用杠杆提升物体时，克服摩擦以及杠杆自重做的功都是额外功．
（2）根据表中第一次实验数据可知，W总1=F1s1=0.7N×0.3m=0.21J；
根据表中第二次实验数据可知，W有用2=G2h2=2N×0.15m=0.3J；
第二次实验中，杠杆的机械效率：η2=
W有用2
W总2
×100%=
0.3J
0.36J
×100%=83.3%；
（3）分析机械效率的影响因素应采取控制变量法，研究提起的物重和机械效率的关系时，应保持钩码所挂位置不变，而实验中，两次钩码悬挂的位置是不同的；
同时，还应进行多次实验，分析多组数据，才能得出有说服力的正确结论，只凭一次实验数据做出结论是不科学的．
故答案为：（1）0.5；66.7；①摩擦；②杠杆自重；（2）0.21；0.3；83.3；（3）不能；两次实验时钩码没有挂在同一位置，仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的．

③ 某实验小组利用图所示装置研究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下：①用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点

（1）有用功为W有=Gh1，总功W总=Fh2，则机械效率的表达式η=

W有用
W总
×100%=
Gh1
Fh2
×100%．
（2）有用功是提升钩码所做的功，额外功主要是克服杠杆重力做的功，影响机械效率的因素主要是有用功和总功所占的比例；提升的钩码重一定说明有用功一定，所以影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆自身的重力．
（3）将三个相同的钩码悬挂在A点匀速提高相同高度时，根据W=Gh可知：W有用1＜W有用2，
∵杠杆的自身重力不变，
∴根据W额=G杆h可知额外功不变，
∵η=
W有用
W总
=
W有用
W有用+W额
；
∴η2＞η1．
（4）钩码的悬挂点在A点时，由杠杠的平衡条件得G?OA=F?OB；悬挂点移至C点时，由杠杠的平衡条件得G?OC=F?OB，经对比发现，由OA到OC时力臂变大，所以拉力F也变大，因钩码匀速提高相同高度时则杠杆提升的高度减小，所以根据W额=Gh可知额外功减小，因此在有用功相同的条件下，杠杆的机械效率变大，即ηA＜ηC．
（5）由图可知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．
故答案为：（1）
Gh1
Fh2
×100%；（2）杠杆自身的重力；（3）＞；（4）＜；（5）杠杆自重的影响．

④ 某实验小组利用如图所示装置研究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下：①用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支

（1）有用功为抄W 有 =Gh 1 ，总袭功W 总 =Fh 2 ，则机械效率的表达式η=
W 有
W 总
×100%=
Gh
Fs
×100%．
（2）有用功是提升钩码所做的功，额外功主要是克服杠杆重力做的功，影响机械效率的因素主要是有用功和总功所占的比例；提升的钩码重一定说明有用功一定，所以影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆自身的重力，因此要想提高该杠杆机械效率，需减小杠杆自重．
（3）钩码的悬挂点在A点时，由杠杠的平衡条件得G?OA=F?OB；悬挂点移至C点时，由杠杠的平衡条件得G?OC=F?OB，经对比发现，由OA到OC力臂变大，所以拉力F也变大，杠杆提升的高度减小，额外功减小，因此杠杆的机械效率变大．
故答案为：（1）
Gh
Fs
×100%；（3）减小杠杆的自重；（4）变大．

⑤ 用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率．实验时，竖直向上以0.2m/s速度匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长

（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；
总功W总=Fs=0.5N×0.3m=0.15J，
机械效率η=
W有用
W总
×100%=
0.1J
0.15J
×100%≈66.7%；
（2）根据表中数据，不能得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论；
理由是：
①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，应保持钩码悬挂的位置不变；
②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．
故答案为：（1）0.1；0.1；66.7；（2）不能；①两次实验时，钩码没有挂在同一位置；②根据一次对比实验所得结论是不可靠的．

⑥ 设计一个实验探究影响杠杆机械效率的因素

器材：一根长一米、重5牛、2牛的两个杠杆，一个20牛的重物和一个弹簧测力计。
试验1.用重力5牛的杠杆一端做支点O，
重物挂在距支点50厘米处A点，弹簧秤向上拉在另一端距支点100厘米处B点。
测试：拉力F为15牛。
计算:W有用=OA*G=0.5×20=10J.
W总=OB*15=1×15=15J.
效率=10/15×100%≈67%.
试验2.用重力5牛的杠杆中点做支点O，
重物挂在左端距支点50厘米处A点，弹簧秤向下拉在另右端距支点50厘米处B点。
测试：拉力F为20牛。
计算:W有用=AO*G=0.5×20=10J.
W总=OB*20=0.5×=10J.
效率=10/10×100%=1.
换用2牛的杠杆做上述相同的试验……。
得出：杠杆的机械效率1.与杠杆的重力有关（重力越大，效率越低）；2.与支点的位置有关。

⑦ 某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下：①用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点，

（1）在步骤②中应该匀速竖直向上拉动弹簧测力计，以保证拉力大小恒定．
（2）有用功为回W有=Gh1，总功答W总=Fh2，则机械效率的表达式η=

W有
W总
×100%=
Gh1
Fh2
×100%．
（3）有用功是提升钩码所做的功，额外功主要是克服杠杆重力做的功，影响机械效率的因素主要是有用功和总功所占的比例；提升的钩码重一定，重物升高的距离一定，说明有用功一定，所以影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆自身的重力．
（4）杠杆提升钩码时，对钩码做有用功，克服杠杆重做额外功，并且W有+W额=W总；
设杠杆重心升高的距离为h，则有：Gh1+G杠h=Fh2，而G不变，h1不变，G杠不变，钩码从A点到C点，钩码还升高相同的高度，杠杆上旋的角度减小，杠杆升高的距离h变小，
所以Gh1+G杠h变小，所以Fh2也变小；由η=
Gh1
Fh2
可知，杠杆的机械效率变大．
故答案为：（1）匀速竖直向上拉动；（2）
Gh1
Fh2
×100%；（3）杠杆的自重；（4）变大．

⑧ 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

（1）0.5，66.7％
（2）>
（3）＜

⑨ 小明用如图所示的实验装置研究“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

（1）杠杆的机械效率：η=

W有
W总
=
Gh
FS
；
（2）根据图示可知，将钩码移动到B点时，阻力回和阻答力臂都不变，动力臂减小，由F1L1=F2L2可知，动力将增大，即F′＞F；
由于有用功和额外功均不变，则总功也不变，故机械效率不变，即η′=η．
故答案为：
Gh
FS
；＞；=．

⑩ 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

（1）0.5，66.7% ，杠杆自重（2）不能得出此结论①没有控制重物悬挂点位置不变（或者没有控制变量）②测量次数太少

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