Question

7．按要求完成下面实验题．

（1）某同学做探究杠杆平衡条件的实验时，为了方便对力臂的测量，该同学先调节平衡螺母，杠杆在水平位置平衡；实验中，在杠杆的A点挂四个重均为0.5N的钩码，用调好的弹簧测力计竖直向上拉杠杆上的B点，使杠杆水平平衡，如图甲所示，测力计的示数是1N；如果将测力计沿图中虚线方向拉，仍使杠杆在水平位置平衡，则测力计的示数将变大（选填“变大”、“不变”或“变小”）．
（2）如图乙所示，用装有细沙的容器、三角小桌和质量不同的木块做“探究重力势能大小与哪些因素有关”的实验．
①该实验是通过观察比较小桌的脚陷入细沙中的深度来判断物体重力势能大小的．下列实例中与此方法相同的有D．
A．研究电流时用水流来类比电流
B．研究光的传播方向和路径时引入光线
C．检修电路时用一个电阻代替两个电阻
D．在电流热效应的实验中用温度的变化表示吸收热量的多少
②实验中采用质量不同的木块，为了探究物体重力势能大小与物体质量的关系，操作时应该让木块从相同（选填“相同”或“不同”）的高度自由落下．
③若要探究物体重力势能大小与物体高度的关系，请简要说明具体做法让同一木块从不同高度下落，比较小桌下陷的深度．
（3）如图丙所示，则测定杠杆机械效率的实验中，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使拴在杠杆OB上的物块缓慢上升至虚线位置，测力计的示数F为2.5N，测力计竖直移动的距离s为0.2m，物块重G为1.5n，物块上升的高度h为0.3m，则杠杆的机械效率为90%，使用杠杆提升物块的过程中，所做的额外功的原因之一是由于使用杠杆时需要克服杠杆自重（克服摩擦力）等做功．

Answer 1

分析 （1）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；
设杠杆的每一个小格代表1cm，知道动力臂、阻力臂、阻力，根据杠杆平衡条件求出动力．
当弹簧测力计倾斜拉杠杆时，动力臂减小，阻力和阻力臂不变，动力会增大．
（2）掌握转换法在此实验中的应用，此实验通过小桌陷入沙子中的深度来判断重力势能的大小；
掌握控制变量法在此实验中的应用，重力势能与物体的质量和被举高度有关，在探究重力势能与其中一个量的关系时，另一个量保持不变，改变要探究的量．
（3）对弹簧测力计进行读数时，需看清弹簧测力计的分度值，然后根据指针位置进行读数．
在实验中，弹簧测力计向上拉力做的功是总功，克服钩码重力做的功是有用功，克服摩擦以及杠杆自重做的功是额外功；杠杆的机械效率可以根据公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$来计算．

解答 解：（1）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．所以杠杆在水平位置平衡，可以使实验简单化．
∵F₁l₁=F₂l₂，
即：F₁×8L=2N×4L，
∴F₁=1N．
弹簧测力计竖直向上拉杠杆时，动力臂是OB，当弹簧测力计倾斜拉杠杆时，动力臂是OD，动力臂减小，阻力和阻力臂不变，动力会变大．
（2）①本实验是通过观察方桌陷入沙中的深浅来判断影响金属块的重力势能大小的因素；因重力势能的大小无法直接观察到，所以采用的是转换法，而下面四个研究实例中，
A．研究电流时用水流来类比电流，是类比的方法；
B．研究光的传播方向和路径时引入光线，是模型法或建模法；
C．检修电路时用一个电阻代替两个电阻，利用等效替代法；
D．在电流热效应的实验中用温度的变化表示吸收热量的多少，利用了转换法；
②实验中采用质量不同的物块，是为了探究重力势能与质量的关系，在探究过程中要注意保持物体从同一高度由静止落下；
③若要探究物体重力势能大小与物体高度的关系，则需让同一木块从不同高度下落，比较小桌下陷的深度．
（3）弹簧测力计的分度值是0.1N，读数是：2.5N；
W_有用=Gh=1.5N×0.3m=0.45J；
W_总=Fs=2.5N×0.2m=0.5J；
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{0.45J}{0.5J}$×100%=90%
（3）因为杠杆自身有重力，提升物体的同时也要提升杠杆，即克服杠杆自重做功，就有了额外功；
故答案为：（1）水平；1；变大；
（2）①D；②质量；相同；③让同一木块从不同高度下落，比较小桌下陷的深度；
（3）2.5；90；由于使用杠杆时需要克服杠杆自重（克服摩擦力）等做功．

点评 （1）对于杠杆平衡问题，杠杆平衡条件是最基本的规律，用杠杆平衡条件去解决问题，一定要掌握．
（2）探究重力势能与质量和高度的关系的实验中，注意转换法和控制变量法在该实验中的应用．