Question

13．小明利用刻度均勻的勻質(zhì)杠桿“探究杠桿的平衡條件”，如圖所示，每個(gè)鉤碼重為0.5N．
（1）實(shí)驗(yàn)前，將杠桿的中點(diǎn)置于支架上，當(dāng)杠桿靜止時(shí)，發(fā)現(xiàn)杠桿左端偏高，應(yīng)向左端調(diào)節(jié)平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡．
（2）在A點(diǎn)懸掛兩個(gè)鉤碼，要使杠桿在水平位置平衡，需在B點(diǎn)懸掛3個(gè)鉤碼．
（3）取走懸掛在B點(diǎn)的鉤碼，改用彈簧測(cè)力計(jì)在C點(diǎn)豎直向上拉，使杠桿水平位置平衡．若改變彈簧測(cè)力計(jì)拉力的方向，使之斜向左上方，杠桿仍然在水平位置平衡，則測(cè)力計(jì)的讀數(shù)將變大（變大/變小/不變），原因是拉力的力臂變�。�
（4）小明利用此杠桿用1.6N的拉力將四個(gè)鉤碼勻速升高18cm，拉力方向移動(dòng)的距離為25cm，杠桿的機(jī)械效率為90%，產(chǎn)生額外功的原因是克服杠桿與支點(diǎn)間摩擦及杠桿自重做額外功．

Answer 1

分析 （1）杠桿左端高，說(shuō)明杠桿的重心在支點(diǎn)右側(cè)，調(diào)節(jié)平衡螺母應(yīng)使杠桿重心左移；
（2）由杠桿平衡條件：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂．可計(jì)算出所掛鉤碼的大小和彈簧測(cè)力計(jì)的拉力；
（3）阻力和阻力臂不變時(shí)，動(dòng)力臂減小，動(dòng)力增大；
（4）在實(shí)驗(yàn)中，彈簧測(cè)力計(jì)向上拉力做的功是總功，克服鉤碼重力做的功是有用功，克服摩擦以及杠桿自重做的功是額外功；杠桿的機(jī)械效率可以根據(jù)公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$來(lái)計(jì)算．

解答 解：
（1）杠桿左端高，說(shuō)明杠桿重心偏右，應(yīng)將平衡螺母（左端和右端的均可）向左調(diào)節(jié)，使杠桿在水平位置平衡；
（2）杠桿平衡后，若在A點(diǎn)掛2個(gè)鉤碼，則左邊點(diǎn)重力為2G；
又因?yàn)榱Ρ跲A=3，左邊力臂OB=2，
所以由杠桿的平衡條件（F₁l₁=F₂l₂）可知：
2G×3=F_B×2．
解得F_B=3G，故應(yīng)在B點(diǎn)應(yīng)掛3個(gè)鉤碼，才能使杠桿恢復(fù)平衡．
一個(gè)鉤碼的重是0.5N，
根據(jù)杠桿平衡條件F₁L₁=F₂L₂得，
1N×3=F_C×4，F(xiàn)_C=1.5N，即在B處掛3個(gè)鉤碼．
（3）根據(jù)杠桿平衡條件F₁L₁=F₂L₂可知，
如改變彈簧測(cè)力計(jì)拉力的方向，使之斜向左上方，阻力和阻力臂不變，動(dòng)力臂減小，動(dòng)力要增大，所以彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變大，才能使杠桿仍然水平平衡；
（4）杠桿的機(jī)械效率是：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{Gh}{Fs}$=$\frac{2N×0.18m}{1.6N×0.25m}$×100%=90%；
利用杠桿提升物體時(shí)，克服摩擦以及杠桿自重做額外功．
故答案為：（1）左；（2）3；（3）變大；拉力的力臂變小；（4）90%；克服杠桿與支點(diǎn)間摩擦及杠桿自重多做額外功．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了杠桿平衡的調(diào)節(jié)和平衡條件的應(yīng)用；要明確探究杠桿平衡條件時(shí)，使杠桿在水平位置平衡，便于測(cè)量力臂大小，杠桿的重心通過(guò)支點(diǎn)，消除杠桿重對(duì)杠桿平衡的影響，使實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單化，便于探究．