Question

小明利用杠杆做了两个小实验：
A：“探究杠杆的平衡条件”
（1）当杆杠静止在图（甲）所示的位置时，杆杠处于

平衡

（“平衡”或“不平衡”）状态，此时应调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡，这样做是为了

便于测出力臂大小

；
（2）实验中改变支点两侧的钩码位置和个数，用同样的方法一般要做三次，得到三组数据并进行分析．这样做的目的是

使实验结论具有普遍性

．
（3）在图（乙）中使杠杆处于平衡状态时，测出的拉力大小与杠杆平衡条件不相符．其原因是：

从杠杆上直接读取不是拉力的力臂

．
B：“探究杠杆的机械效率”
如图丙所示装置，每个钩码的质量为m，O为支点．
（1）他将2只钩码悬挂在B点，在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，拉力为F₁，测得A、B两点上升的高度分别为h₁、h₂，则此次杠杆的机械效率为η=

2mgh2

F1h1

×100%

．（用物理量的符号表示）
（2）他将2只钩码悬挂在C点，在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使C点上升高度为h₂，则弹簧测力计的示数将

大于

（大于/等于/小于）F₁，此次弹簧测力计做的功将

小于

（大于/等于/小于）第一次做的功．
（3）他将3只钩码悬挂在C点，在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使C点上升高度仍为h₂，则第3次杠杆的机械效率与前两次相比

最大

（最大/最小/三次相等）．

Answer 1

分析：A、（1）杠杆处于静止状态或匀速转动状态时，都杠杆处于平衡状态；探究杠杆平衡条件时，使杠杆在水平位置平衡，力臂在杠杆上，便于测量力臂，同时杠杆的重心通过支点，消除杠杆自重对杠杆平衡的影响．
（2）初中物理用实验探究物理问题时要进行多次实验，有的是为了多次测量求平均值来减小误差；有的是多次测量发现变化规律；有的是为了使实验结论具有普遍性．
（3）杠杆在水平位置平衡时力的方向与杠杆垂直，力臂的长度可以直接从杠杆上读出来．
B、（1）使用杠杆克服钩码的重力做功，有用功等于克服钩码重力做的功，总功等于弹簧测力计的拉力做的功，机械效率等于有用功和总功的比值；
（2）从图中可以看出，将2只钩码悬挂在C点时，重力的力臂大于在B点重力的力臂，而动力臂不变，根据杠杆平衡的条件可知弹簧测力计的示数的变化情况，再分析有用功和额外功的变化，根据总功等于有用功和额外功之和得出弹簧测力计做功的变化情况．
（3）分析有用功、额外功的变化，然后根据机械效率公式即可得出正确结果．

解答：解：
A、（1）如图（甲）杠杆处于静止状态，所以杠杆处于平衡状态．但是杠杆右端上翘，没有在水平位置平衡，调节两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡，力臂在杠杆上，便于测出力臂大小．
（2）改变支点两侧的钩码位置和个数，一般要做三次实验，得到三组数据并进行分析，得出的实验结论具有普遍性，避免偶然性．
（3）力臂等于支点到力的作用线的距离，当杠杆在水平位置平衡时，拉力的方向与杠杆不垂直，力臂不等于从杠杆标尺刻度上直接读出的，因此测出的拉力大小与杠杆平衡条件不相符，从杠杆上直接读取不是拉力的力臂．
B、（1）有用功为W_有=Gh₂=2mgh₂，总功W_总=F₁h₁，则机械效率的表达式η=

W有

W总

×100%=

2mgh2

F1h1

×100%．
（2）钩码的悬挂点在B点时，由杠杠的平衡条件得F₁?OA=G?OB；悬挂点移至C点时，由杠杠的平衡条件得F₂?OA=G?OC；从图中可以看出，由OB到OC力臂变大，所以弹簧测力计的示数变大，有用功不变，但杠杆提升的高度减小，额外功减小，又因为总功等于额外功与有用功之和，因此此次弹簧测力计做的功将小于第一次做的功．
（3）因为第一次与第二次的有用功相等，并且第二次的额外功小，因为机械效率等于有用功与总功的比值，因此第一次的机械效率小于第二次的机械效率；
将3只钩码悬挂在C点时，物体升高的高度不变，物重增加，由W_有=Gh₂可得，有用功变大，但杠杆提升的高度与第二次相同，额外功与第二次相同，又因为机械效率等于有用功与总功的比值，因此第三次的机械效率大于第二次的机械效率．
综上所述，第三次的机械效率最大．
故答案为：
A、（1）平衡；左；（2）便于测出力臂大小；（3）从杠杆上直接读取不是拉力的力臂．
B、（1）

2mgh2

F1h1

×100%；（2）大于；小于；（3）最大．

点评：本题考查杠杆机械效率的测量，把握有用功、总功的计算方式，明确机械效率的表达式，知道总功等于有用功与额外功之和．