【題目】某小組同學(xué)在用杠桿測定機械效率的實驗中

(一)小敏用如圖所示的實驗裝置測定杠桿的機械效率。實驗時,豎直向上勻速拉動彈簧測力計,使掛在杠桿下面的鉤碼緩緩上升。

1)實驗中,測力計的示數(shù)F______N,鉤碼總重G1. 0N,鉤碼上升高度h0.1 m時,C點上升了30cm,則杠桿的機械效率為________%。

2)實驗中若提升的鉤碼重一定,則影響杠桿機械效率的主要因素是______________

3)若只將鉤碼的懸掛點由A移至B,仍將鉤碼提升相同的高度,則杠桿的機械效率將_________(選填“變大”、“變小”或“不變”) 。

(二)小王用如圖所示的另一實驗裝置測量杠桿的機械效率。O為杠桿的轉(zhuǎn)軸,不計摩擦。實驗時,給B端施加豎直向下的力,使掛在杠桿A端的鉤碼緩緩上升。(圖中杠桿為質(zhì)量分布均勻的直棒)下表是提升物體時采集到的數(shù)據(jù):

實驗序號

物重GN

拉力(N

A端上升的高度h/m

B端下降的高度s/m

杠桿的效率

1

2

5

0.04

0.02

2

4

9

0.04

0.02

89%

3

2

5

0.06

0.03

80%

4

6

13

0.04

0.02

92%

1)第①組實驗中,杠桿的機械效率為_________。

2)由________三組實驗,可以初步得出的結(jié)論:相同的杠桿,提升的物體越重效率越高。

3)該實驗中杠桿的效率總小于100%的原因是杠桿有自重,分析實驗數(shù)據(jù)可知道杠桿的自重為_______N。

【答案】0.5 66.7% 杠桿的重力 變大 80% 1、2、4 2

【解析】

(一)(1)由圖可知,彈簧測力計的分度值是0.1N,所以它的示數(shù)是0.5N。在實驗過程中,有用功是:,總功是:,所以杠桿的機械效率是:;

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占的比例;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)鉤碼的懸掛點在A點移到B點時,OC點位置不變,仍將鉤碼提升相同高度,有用功不變;額外功是提升杠桿做的功,懸掛點A移到B后杠桿實際提升高度變小,所以額外功變小,總功變小,因此杠桿的機械效率變大。

(二)(1)第①組實驗中,杠桿的機械效率為:

2)根據(jù)控制變量法思想,為了比較同一杠桿在提升物體時機械效率與物重大小的關(guān)系,應(yīng)保持物重大小不同,但提升物體高度必須相同的三組實驗進(jìn)行比較,所以只有1、2、4三組實驗符合題意;

3)假設(shè)杠桿自重為G,因為杠桿為質(zhì)量分布均勻的直棒,所以它重心O′在桿的幾何中心處,則以第三組實驗數(shù)據(jù)為例,W=GhA=2N×0.06m=0.12J,W=FhB=5N×0.03m=0.15JW=W-W=0.15J-0.12J=0.03J;

根據(jù)OAOB所在的兩個三角形相似的幾何關(guān)系可知LOALOB=hA:hB=2:1,,所以其重心在桿的中點位置處,因為LOALOB =2:1,可以設(shè)LOA=2l,LOB= l,又所以可推知該重心O′到O的距離為0.5 l,則LOOLOB=0.5 ll=1:2,根據(jù)幾何關(guān)系可知重心O′垂直上升高度為B下降高度的一半即0.015m,則W=0.015m×G=0.03J,所以G=2N

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