《2025年课时提优计划作业本九年级物理上册苏科版》

13. 某小组同学在做“测定杠杆机械效率”的实验.小明用如图甲所示的实验装置竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在杠杆下面的物体缓缓上升.

(1)实验中,弹簧测力计的示数如图甲所示,为____$N$,物重为$1N$,物体上升的高度为$0.1m$时,$C点上升了30cm$,则杠杆的机械效率为____$\%$(百分号前保留$1$位小数).
(2)实验中若提升的物重一定,则影响杠杆机械效率的主要因素是____.
(3)若只将物体的悬挂点由$A点移至B$点,仍将物体提升相同的高度,不计摩擦,则杠杆的机械效率将____(选填“变大”“变小”或“不变”).
小华用如图乙所示的另一实验装置测量杠杆的机械效率.$O$为杠杆的转轴,不计摩擦.实验时,给$B$端施加竖直向下的力,使挂在杠杆$A$端的物体缓缓上升.下表是提升物体时采集到的数据.(图中杠杆为质量分布均匀的直棒)

(4)第①组实验中,杠杆的机械效率为____.
(5)由____三组实验,可以初步得出结论:用相同的杠杆提升的物体越重,机械效率越高.
(6)该实验中杠杆的机械效率总小于$100\%$的原因是杠杆有自重,分析实验数据可知,杠杆的自重为____$N$.

答案：

(1)0.5 66.7
(2)杠杆的重力
(3)变大
(4)80%
(5)①②④
(6)2 解析:
(1)由题图甲可知,弹簧测力计的分度值是0.1N,所以它的示数是0.5N;在实验过程中,有用功$W_{有用}=G_{甲}h_{甲}=1N×0.1m=0.1J$,总功$W_{总}=F_{甲}s_{甲}=0.5N×0.3m=0.15J$,所以杠杆的机械效率$\eta =\frac {W_{有用}}{W_{总}}×100\% =\frac {0.1J}{0.15J}×100\% \approx 66.7\% $.
(2)有用功是提升物体所做的功,额外功主要是克服杠杆重力做的功,故影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆自身的重力.
(3)将物体的悬挂点由A点移至B点,O、C位置不变,仍将物体提升相同的高度,有用功不变,不计摩擦,额外功是提升杠杆所做的功,悬挂点由A点移至B点后,将物体提升相同高度时,杠杆提升的高度变小,所以额外功变小,则总功变小,杠杆的机械效率变大.
(4)第①组实验中,杠杆的机械效率$\eta _{1}=\frac {W_{有用1}}{W_{总1}}×100\% =\frac {Gh}{Fs}×100\% =\frac {2N×0.04m}{5N×0.02m}×100\% =80\% $.
(5)要研究杠杆的机械效率与提升物体重力的关系,应控制杠杆的重力一定、提升物体的高度相同,而提升物体的重力不同,所以应分析①②④三组实验,可得到初步结论:用同一杠杆提起的物体越重,杠杆的机械效率越高.
(6)分析第①组实验数据,根据A、B两端上升和下降高度的关系可知,$AO=2OB$,设杠杆的重心为C,则由数学知识可知,杠杆的重心到支点的距离$CO=\frac {1}{2}OB$,所以当B端下降0.02m时,重心上升的高度为0.01m,拉力做的总功$W_{总1}=Fs=5N×0.02m=0.1J$,有用功$W_{有用1}=Gh=2N×0.04m=0.08J$,则额外功$W_{额外1}=W_{总1}-W_{有用1}=0.1J-0.08J=0.02J$,不计摩擦,根据$W_{额外1}=G_{杆}h_{重心}$可得,杠杆的自重$G_{杆}=\frac {W_{额外1}}{h_{重心}}=\frac {0.02J}{0.01m}=2N$.