中考物理 知识点强化复习练习：探究杠杆的机械效率

1 探究杠杆的机械效率

考点一：实验评估与拓展

1.小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效率，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______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=______．（用用已知或测量物理量的符号表示）

（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/等于/小于）F1，此次弹簧测力计做的功将______（大于/等于/小于）第一次做的功，杠杆的机械效率将______（选填“变大”、“变小”或“不变”）．

（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/最小/三次相等）．

（4）本实验中，影响杠杆机械效率的主要因素是：______．

2.用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率．

（1）实验时，弹簧测力计挂在D点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升．（不考虑摩擦）

①实验中，将两个相同的钩码悬挂在A点匀速将杠杆拉至图中虚线位置，示数为F，每个钩码的质量为m，钩码上升高度h，测力计移动距离s，则杠杆的机械效率η1=______．（用字母表示）

②若将三个相同的钩码悬挂在A点匀速提高时，该杠杆的机械效率为η2，则η2______η1．

③将同一物体分别悬挂在A、B两点，匀速提高相同高度时的机械效率分别为ηA和ηB，则ηA______ηB．

（2）若将同一物体悬挂在A点，弹簧测力计分别挂在C点和D点时，竖直向上匀速提高相同高度时的机械效率分

2 别为ηC和ηD，则ηC______ηD（以上三空均选填“＜”“=”或“＞”）．

3.如图甲所示,小明在探究“杠杆的平衡条件”实验中所用的实验器材有：杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个

(1)杠杆调节平衡后,小明在杠杆上A点处挂4个钩码在B点处挂6个钩码杠杆恰好在原位置平衡;于是小明便得出了杠杆的平衡条件为。他这样得出的结论是否合理？

．为什么？

（2）实验结束后，小明提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时,杠杆的平衡条件是否仍然成立？”于是小明同学利用如图乙所示装置进行探究,发现在杠杆左端的不同位置,用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于平衡状态时,测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。其原因是:

（3）小明用如图丙所示的实验装置继续研究“杠杆的机械效率”。实验时,将总重为G的钩码挂在杠杆A处，竖直向上匀速拉动弹簧测力计,钩码上升的高度为h，弹簧测力计的示数为F，其移动的距离为S，则杠杆的机械效率 = （用题中字母表示）。若将钩码移动到B点，仍将它匀速提升h的高度，则弹簧测力计的示数F' F(>/=/<) ，杠杆的机械效率 (>/=/<)

考点二：实验数据分析

1.用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率．实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升。

（1）实验中，测力计的示数F为______ N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，则杠杆的机械效率为______ %．请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：______ 。

（2）一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到下表数据：

3 根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论？答：______ ；请简要说明两条理由：①______ ；②______ 。

2.用如图所示的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端的钩码缓缓上升。（图中杠杆为质量分布均匀的直棒）

下表是提升物体时采集到的数据：

（1）第①组实验中，杠杆的机械效率为 。

（2）由 三组实验，可以初步得出的结论：相同的杠杆，提升的物体越重效率越高。

（3）该实验中杠杆的效率总小于100%的原因是杠杆有自重，分析实验数据可知道杠杆的自重为 N。

4

参考答案

考点一：实验评估与拓展

1.小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效率，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______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=______．（用用已知或测量物理量的符号表示）

（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/等于/小于）F1，此次弹簧测力计做的功将______（大于/等于/小于）第一次做的功，杠杆的机械效率将______（选填“变大”、“变小”或“不变”）．

（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/最小/三次相等）．

（4）本实验中，影响杠杆机械效率的主要因素是：______．

【答案】匀速 大于 小于 变大 最大 杠杆的自重

【解析】解：（1）探究杠杆的机械效率时，将2只钩码悬挂在B点，在A点竖直向上匀速动弹簧测力计，则有用功为W有=Gh2=2mgh2，总功W总=F1h2，则机械效率的表达式η==．

（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，并且有用功

5 与总功的比值变大，即杠杆的机械效率变大．

（3）因为第1与第2的有用功相等，并且第2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1的机械效率小于第2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2相同，额外功与第2相同，又因为机械效率等于有用功与总功的比值，因此第3的机械效率大于第2的机械效率．

综上所述，第3的机械效率最大．

（4）有用功是提升钩码所做的功，额外功主要是克服杠杆重力做的功，影响机械效率的因素主要是有用功和总功所占的比例；提升的钩码重一定说明有用功一定，所以影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆自身的重力．

故答案为：（1）匀速；；（2）大于；小于；变大；（3）最大；（4）杠杆的自重．

2.用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率．

（1）实验时，弹簧测力计挂在D点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升．（不考虑摩擦）

①实验中，将两个相同的钩码悬挂在A点匀速将杠杆拉至图中虚线位置，示数为F，每个钩码的质量为m，钩码上升高度h，测力计移动距离s，则杠杆的机械效率η1=______．（用字母表示）

②若将三个相同的钩码悬挂在A点匀速提高时，该杠杆的机械效率为η2，则η2______η1．

③将同一物体分别悬挂在A、B两点，匀速提高相同高度时的机械效率分别为ηA和ηB，则ηA______ηB．

（2）若将同一物体悬挂在A点，弹簧测力计分别挂在C点和D点时，竖直向上匀速提高相同高度时的机械效率分别为ηC和ηD，则ηC______ηD（以上三空均选填“＜”“=”或“＞”）．

【答案】 ＞ ＜ =

【解析】解：（1）①在实验过程中，有用功是W有用=Gh，总功是W总=Fs，所以杠杆的机械效率是：η===；

②将三个相同的钩码悬挂在A点匀速提高时，所做的额外功相同，有用功增加，即有用功占总功的比值变大，所以

6 此时的机械效率变大，即η2＞η1．

③将同一物体由悬挂的A点变为B点时，物体的力臂变大，由杠杆的平衡条件可知拉力F变大；杠杆提升的高度减小，额外功减小，因此有用功占总功的比值变大，即杠杆的机械效率变大．

（2）若将同一物体悬挂在A点，弹簧测力计分别挂在C点和D点时，竖直向上匀速提高相同高度时，所做的有用功相同，额外功也相同，故总功相同，根据机械效率公式可知，机械效率相同．

故答案为：（1）①；②＞；③＜；（2）=．

3.如图甲所示,小明在探究“杠杆的平衡条件”实验中所用的实验器材有：杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个

(1)杠杆调节平衡后,小明在杠杆上A点处挂4个钩码在B点处挂6个钩码杠杆恰好在原位置平衡;于是小明便得出了杠杆的平衡条件为。他这样得出的结论是否合理？

．为什么？

（2）实验结束后，小明提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时,杠杆的平衡条件是否仍然成立？”于是小明同学利用如图乙所示装置进行探究,发现在杠杆左端的不同位置,用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于平衡状态时,测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。其原因是:

（3）小明用如图丙所示的实验装置继续研究“杠杆的机械效率”。实验时,将总重为G的钩码挂在杠杆A处，竖直向上匀速拉动弹簧测力计,钩码上升的高度为h，弹簧测力计的示数为F，其移动的距离为S，则杠杆的机械效率 = （用题中字母表示）。若将钩码移动到B点，仍将它匀速提升h的高度，则弹簧测力计的示数F'

F(>/=/<) ，杠杆的机械效率

(>/=/<)

【答案】（1）不合理 结论具有偶然性（结论没有普遍性）

（ 2）避免杠杆自重对标杆平衡的影响

（ 3） ＞ ＞

【解析】

（ 1）杠杆的平衡条件是：动力×动力臂=阻力×阻力臂（或F1L1=F2L2），只通过一次测量，数据具有偶然性，不具备普遍性；

（2）图2中，杠杆的重心不在支点上，杠杆的重力对杠杆转动产生了影响，导致拉力F的大小比由杠杆平衡条件计算出来的数值偏大；