6.某同学利用若干个质量为50 g的钩码和弹簧测力计探究杠杆的平衡条件。

(1)调节平衡螺母,使杠杆在不挂钩码时,保持水平并
(2)在杠杆左侧15 cm刻度线处挂上4个钩码,在杠杆右侧挂上6个钩码,移动右侧钩码到
(3)保持杠杆左侧钩码的数量和位置不变,取下右侧钩码,改用弹簧测力计拉杠杆,使杠杆在水平位置平衡。当弹簧测力计的示数为3 N时,该拉力的作用点可能在杠杆
①左侧10 cm;②右侧5 cm;
③右侧15 cm。
(1)调节平衡螺母,使杠杆在不挂钩码时,保持水平并
静止
,达到平衡状态,如图所示。(2)在杠杆左侧15 cm刻度线处挂上4个钩码,在杠杆右侧挂上6个钩码,移动右侧钩码到
10
cm刻度线处,使杠杆重新在水平位置平衡。这时动力或阻力是钩码对杠杆的拉力
(选填“钩码受到的重力”“钩码对杠杆的拉力”或“杠杆对钩码的拉力”)。(3)保持杠杆左侧钩码的数量和位置不变,取下右侧钩码,改用弹簧测力计拉杠杆,使杠杆在水平位置平衡。当弹簧测力计的示数为3 N时,该拉力的作用点可能在杠杆
①③
(填序号)刻度线处。①左侧10 cm;②右侧5 cm;
③右侧15 cm。
答案
6.(1)静止 (2)10 钩码对杠杆的拉力 (3)①③
解析
【分析】
解决本题需掌握杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$,明确探究杠杆平衡时的操作要求:使杠杆在水平位置静止,便于测量力臂;判断作用在杠杆上的力时,需确定力的施力物体是杠杆的受力对象;第三问中,弹簧测力计的拉力力臂是支点到力的作用线的垂直距离,需结合平衡条件分析力臂的可能值。
【解析】
(1) 探究杠杆平衡条件时,调节平衡螺母后,需使杠杆在不挂钩码时保持水平并静止,这样能方便后续测量力臂,因此第一空填“静止”。
(2) 根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$,设每个钩码重力为$G$,左侧力与力臂乘积为$4G × 15\mathrm{cm}$,右侧为$6G × L_2$,代入得:$4G × 15\mathrm{cm}=6G × L_2$,约去$G$,计算得$L_2=\frac{4×15\mathrm{cm}}{6}=10\mathrm{cm}$,故右侧钩码在10cm刻度线处;动力/阻力是作用在杠杆上的力,钩码对杠杆的拉力使杠杆转动,而钩码的重力作用在钩码上、杠杆对钩码的拉力也作用在钩码上,因此此处是“钩码对杠杆的拉力”。
(3) 左侧钩码的力:$F_1=4×0.05\mathrm{kg}×10\mathrm{N/kg}=2\mathrm{N}$,力臂$L_1=15\mathrm{cm}=0.15\mathrm{m}$,则$F_1L_1=2\mathrm{N}×0.15\mathrm{m}=0.3\mathrm{N· m}$。根据杠杆平衡条件,弹簧测力计示数$F_2=3\mathrm{N}$时,所需力臂$L_2=\frac{F_1L_1}{F_2}=\frac{0.3\mathrm{N· m}}{3\mathrm{N}}=0.1\mathrm{m}=10\mathrm{cm}$:
①左侧10cm:竖直向上拉时,力臂为10cm,符合要求,此时$F_2=\frac{0.3\mathrm{N· m}}{0.1\mathrm{m}}=3\mathrm{N}$,正确;
②右侧5cm:最大力臂为5cm,无法达到10cm,错误;
③右侧15cm:斜拉时力臂可小于作用点到支点的距离,当力臂为10cm时,拉力为3N,符合要求,正确。
【答案】
6.(1)静止 (2)10 钩码对杠杆的拉力 (3)①③
【知识点】
杠杆平衡条件、力的判断
【点评】
本题考查杠杆平衡条件的应用,需掌握杠杆平衡的操作要求、力的判断依据,以及力臂的概念,易错点是第三问中斜拉时力臂会变小,需结合平衡条件分析力臂的可能值。
【难度系数】
0.5
解决本题需掌握杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$,明确探究杠杆平衡时的操作要求:使杠杆在水平位置静止,便于测量力臂;判断作用在杠杆上的力时,需确定力的施力物体是杠杆的受力对象;第三问中,弹簧测力计的拉力力臂是支点到力的作用线的垂直距离,需结合平衡条件分析力臂的可能值。
【解析】
(1) 探究杠杆平衡条件时,调节平衡螺母后,需使杠杆在不挂钩码时保持水平并静止,这样能方便后续测量力臂,因此第一空填“静止”。
(2) 根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$,设每个钩码重力为$G$,左侧力与力臂乘积为$4G × 15\mathrm{cm}$,右侧为$6G × L_2$,代入得:$4G × 15\mathrm{cm}=6G × L_2$,约去$G$,计算得$L_2=\frac{4×15\mathrm{cm}}{6}=10\mathrm{cm}$,故右侧钩码在10cm刻度线处;动力/阻力是作用在杠杆上的力,钩码对杠杆的拉力使杠杆转动,而钩码的重力作用在钩码上、杠杆对钩码的拉力也作用在钩码上,因此此处是“钩码对杠杆的拉力”。
(3) 左侧钩码的力:$F_1=4×0.05\mathrm{kg}×10\mathrm{N/kg}=2\mathrm{N}$,力臂$L_1=15\mathrm{cm}=0.15\mathrm{m}$,则$F_1L_1=2\mathrm{N}×0.15\mathrm{m}=0.3\mathrm{N· m}$。根据杠杆平衡条件,弹簧测力计示数$F_2=3\mathrm{N}$时,所需力臂$L_2=\frac{F_1L_1}{F_2}=\frac{0.3\mathrm{N· m}}{3\mathrm{N}}=0.1\mathrm{m}=10\mathrm{cm}$:
①左侧10cm:竖直向上拉时,力臂为10cm,符合要求,此时$F_2=\frac{0.3\mathrm{N· m}}{0.1\mathrm{m}}=3\mathrm{N}$,正确;
②右侧5cm:最大力臂为5cm,无法达到10cm,错误;
③右侧15cm:斜拉时力臂可小于作用点到支点的距离,当力臂为10cm时,拉力为3N,符合要求,正确。
【答案】
6.(1)静止 (2)10 钩码对杠杆的拉力 (3)①③
【知识点】
杠杆平衡条件、力的判断
【点评】
本题考查杠杆平衡条件的应用,需掌握杠杆平衡的操作要求、力的判断依据,以及力臂的概念,易错点是第三问中斜拉时力臂会变小,需结合平衡条件分析力臂的可能值。
【难度系数】
0.5
7.在测“滑轮组机械效率”的实验中,小明和小强组装好如图所示的实验装置,他们分别记下了钩码和弹簧测力计的位置。
(1)实验时,小明在实验操作中拉力的方向应
记录如表:


(2)根据表中数据可以判断出第1次实验所选择的是
(3)第1次实验中滑轮组的机械效率为
(4)分析1、2次实验的数据可知,使用相同的滑轮组提升物体时,物体的重力越
(5)机械效率是机械性能好坏的重要标志。结合生产、生活实际,分析实验数据可知,下列提高机械效率的措施不可行的是
A.增加所提物重
B.减轻机械自重
C.给机械加润滑油
D.增加重物上升高度
(6)实验过程中边拉动边读数,弹簧测力计的示数不稳定,有同学认为应静止时读数,这样测出的机械效率与钩码匀速运动时的相比会
(1)实验时,小明在实验操作中拉力的方向应
竖直向上
,且应匀速拉动弹簧测力计。他们用滑轮组做了三次实验,实验数据记录如表:
(2)根据表中数据可以判断出第1次实验所选择的是
甲
(选填“甲”或“乙”)滑轮组。(3)第1次实验中滑轮组的机械效率为
66.7%
(精确到0.1%)。(4)分析1、2次实验的数据可知,使用相同的滑轮组提升物体时,物体的重力越
大
,滑轮组的机械效率越高。(5)机械效率是机械性能好坏的重要标志。结合生产、生活实际,分析实验数据可知,下列提高机械效率的措施不可行的是
D
(填字母)。A.增加所提物重
B.减轻机械自重
C.给机械加润滑油
D.增加重物上升高度
(6)实验过程中边拉动边读数,弹簧测力计的示数不稳定,有同学认为应静止时读数,这样测出的机械效率与钩码匀速运动时的相比会
偏大
(选填“偏大”“偏小”或“不变”),因为他没有考虑到摩擦力
对滑轮组机械效率的影响。答案
7.(1)竖直向上 (2)甲 (3)66.7% (4)大 (5)D (6)偏大 摩擦力
解析
【分析】
首先明确滑轮组实验的操作规范:实验时拉力方向需竖直向上,保证力的作用方向与滑轮组轴线一致,匀速拉动弹簧测力计可使示数稳定;判断滑轮组类型需利用承担物重的绳子段数关系$s=nh$计算$n$值;机械效率公式为$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%=\frac{Gh}{Fs}×100\%$;分析机械效率影响因素时,额外功主要来自动滑轮重、摩擦等,物重、机械自重、摩擦会影响效率,而重物上升高度不影响效率;静止读数时,忽略了运动时的摩擦力,会导致测力计示数偏小,总功计算错误,进而影响机械效率。
【解析】
(1) 实验时,为保证拉力方向与滑轮组轴线一致,使力的作用效果正确,拉力方向应竖直向上,且匀速拉动弹簧测力计,确保示数稳定。
(2) 设第1次实验中钩码上升高度为$h$,绳子自由端移动距离为$s$,根据滑轮组关系$s=nh$,计算得承担物重的绳子段数$n=\frac{s}{h}$,若$n=3$,对应甲滑轮组(甲滑轮组承担物重的绳子段数为3,乙为2),故第1次实验选甲滑轮组。
(3) 机械效率$\eta=\frac{Gh}{Fs}×100\%$,代入第1次实验数据计算得$\eta\approx66.7\%$。
(4) 1、2次实验使用相同滑轮组,额外功相近,物体重力越大,有用功占总功的比例越高,滑轮组的机械效率越高。
(5) 分析选项:A.增加所提物重,有用功增加,效率提高;B.减轻机械自重,额外功减少,效率提高;C.给机械加润滑油减小摩擦,额外功减少,效率提高;D.增加重物上升高度,由$\eta=\frac{G}{nF}$可知,效率与高度无关,故不可行,选D。
(6) 静止时读数,未考虑滑轮组运动时的摩擦力,此时测力计示数偏小,总功$W_{总}=Fs$偏小,机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$,总功偏小则测出的效率偏大,原因是忽略了摩擦力的影响。
【答案】
(1)竖直向上 (2)甲 (3)66.7% (4)大 (5)D (6)偏大 摩擦力
【知识点】
滑轮组机械效率、滑轮组特点、影响机械效率的因素
【点评】
本题围绕滑轮组机械效率实验展开,涵盖实验操作、滑轮组判断、机械效率计算、影响因素分析等核心考点,注重对实验原理和实际应用的考查,需准确理解机械效率公式及各因素对效率的影响。
【难度系数】
0.3
首先明确滑轮组实验的操作规范:实验时拉力方向需竖直向上,保证力的作用方向与滑轮组轴线一致,匀速拉动弹簧测力计可使示数稳定;判断滑轮组类型需利用承担物重的绳子段数关系$s=nh$计算$n$值;机械效率公式为$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%=\frac{Gh}{Fs}×100\%$;分析机械效率影响因素时,额外功主要来自动滑轮重、摩擦等,物重、机械自重、摩擦会影响效率,而重物上升高度不影响效率;静止读数时,忽略了运动时的摩擦力,会导致测力计示数偏小,总功计算错误,进而影响机械效率。
【解析】
(1) 实验时,为保证拉力方向与滑轮组轴线一致,使力的作用效果正确,拉力方向应竖直向上,且匀速拉动弹簧测力计,确保示数稳定。
(2) 设第1次实验中钩码上升高度为$h$,绳子自由端移动距离为$s$,根据滑轮组关系$s=nh$,计算得承担物重的绳子段数$n=\frac{s}{h}$,若$n=3$,对应甲滑轮组(甲滑轮组承担物重的绳子段数为3,乙为2),故第1次实验选甲滑轮组。
(3) 机械效率$\eta=\frac{Gh}{Fs}×100\%$,代入第1次实验数据计算得$\eta\approx66.7\%$。
(4) 1、2次实验使用相同滑轮组,额外功相近,物体重力越大,有用功占总功的比例越高,滑轮组的机械效率越高。
(5) 分析选项:A.增加所提物重,有用功增加,效率提高;B.减轻机械自重,额外功减少,效率提高;C.给机械加润滑油减小摩擦,额外功减少,效率提高;D.增加重物上升高度,由$\eta=\frac{G}{nF}$可知,效率与高度无关,故不可行,选D。
(6) 静止时读数,未考虑滑轮组运动时的摩擦力,此时测力计示数偏小,总功$W_{总}=Fs$偏小,机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$,总功偏小则测出的效率偏大,原因是忽略了摩擦力的影响。
【答案】
(1)竖直向上 (2)甲 (3)66.7% (4)大 (5)D (6)偏大 摩擦力
【知识点】
滑轮组机械效率、滑轮组特点、影响机械效率的因素
【点评】
本题围绕滑轮组机械效率实验展开,涵盖实验操作、滑轮组判断、机械效率计算、影响因素分析等核心考点,注重对实验原理和实际应用的考查,需准确理解机械效率公式及各因素对效率的影响。
【难度系数】
0.3
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