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小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效率,O为支点.总重为G的钩码悬挂在杠杆上的A点,竖直向上缓慢拉动弹簧测力计,测得钩码上升的高度为h,弹簧测力计示数为F,其移动距离为s.(

题目详情
小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效率,O为支点.总重为G的钩码悬挂在杠杆上的A点,竖直向上缓慢拉动弹簧测力计,测得钩码上升的高度为h,弹簧测力计示数为F,其移动距离为s.
作业搜
(1)该实验中做额外功的主要原因是___,该杠杆的机械效率为η=___(用题目中物理量的符号表示);
(2)钩码悬挂在A点时,弹簧测力计拉力为F1,杠杆机械效率为η1,若同样的将钩码悬挂在B点进行实验,仍将钩码缓慢提升高度h,弹簧测力计拉力为F2,杠杆的机械效率为η2,忽略摩擦,则F2___F1、η2___η1(选填“大于”、“小于”或“等于”);
(3)若保持钩码悬挂在A点不变,而将弹簧测力计作用点从杠杆最右端移到B点,仍然竖直向上缓慢拉动弹簧测力计,将钩码仍提升高度h,忽略摩擦,此时杠杆的机械效率为η3,则η3___η1(选填“大于”、“小于”或“等于”).
▼优质解答
答案和解析
(1)在提升钩码的过程中,要克服杠杆的自重做额定功,该实验中做额外功的主要原因是:克服杠杆自身重力做功;
总重为G的钩码悬挂在杠杆上的A点,竖直向上缓慢拉动弹簧测力计,测得钩码上升的高度为h,
做的有用功:W有用=Gh,
弹簧测力计示数为F,其移动距离为s,总功:W=Fs,
该杠杆的机械效率为η=
W有用
W
×100%=
Gh
Fs
×100%;
(2)在水平位置时,设杠杆自身重力的力臂为L′,拉力的力臂为杠杆的长度L,
钩码的悬挂点在A点时,钩码重力的力臂为OA,
由杠杠的平衡条件:
F1•L=G•OA+G杠杆L′
悬挂点移至B点时,
由杠杠的平衡条件:
F2•L=G•OB+G杠杆L′;
从图中可以看出,由OA到OB力臂变大,G•OB+G杠杆L′>G•OA+G杠杆L′
即F2•L>F1•L,所以F2>F1,即弹簧测力计的示数变大;
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有用+W=W
设杠杆重心升高的距离为h′,则有:Gh+G杠杆h′=Fh1
而G不变,h不变,G杠杆不变,钩码悬挂从A点到B点,钩码还升高相同的高度h,但杠杆上旋的角度减小,
如下图所示:
作业搜
杠杆升高的距离h′变小,所以Gh+G杠杆h′变小,所以Fh1也变小;
由η=
W有用
W
=
Gh
Fh1
可知,杠杆的机械效率变大;
(3)保持钩码悬挂在A点不变,只是将将弹簧测力计作用点从杠杆最右端移到B点,仍然竖直向上缓慢拉动弹簧测力计,将钩码仍提升高度h,忽略摩擦,由(2)知,Gh+G杠杆h′保持不变,故Fh1不变,即总功不变,
因有用功W有用=Gh不变,根据η=
W有用
W
,此时杠杆的机械效率为η31
故答案为:(1)克服杠杆自身重力做功;
Gh
Fs
×100%;
(2)大于;大于
(3)等于.
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