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五、实验题
22. 如图 11 - 62 所示，小明进行“探究杠杆的平衡条件”实验。
(1)实验前杠杆的位置如图(a)所示，要使杠杆在水平位置平衡，则应将螺母向调节。
(2)如图(b)所示，在杠杆左端挂一定数量的钩码，用弹簧测力计在杠杆右端某一位置竖直向下拉，使杠杆在水平位置平衡。改变力和力臂的大小，重复上述操作，实验数据见表 11 - 4。小明多次测量并记录数据的目的是。
表 11 - 4
(3)如图(c)所示，在已平衡的杠杆的 $ A $ 点悬挂总重为 1 N 的钩码，在 $ B $ 点用弹簧测力计竖直向下拉，使杠杆在水平位置再次平衡，则拉力 $ F $ 应为 N。如果测力计的量程为 0～5 N，在支点不变的情况下，采用图(c)中的杠杆，利用杠杆上的刻度线，测力计能测出悬挂物体的最大重力为 N。
(4)小明想到功的单位是 J，且 $ 1J = 1N · m $。于是，他认为表中“$ F_{1}l_{1} $”的单位 $ N · m $ 可以换成 J。根据所学知识，你觉得可以换吗？(选填“可以”或“不可以”)，理由是。
22. 如图 11 - 62 所示，小明进行“探究杠杆的平衡条件”实验。
(1)实验前杠杆的位置如图(a)所示，要使杠杆在水平位置平衡，则应将螺母向调节。
(2)如图(b)所示，在杠杆左端挂一定数量的钩码，用弹簧测力计在杠杆右端某一位置竖直向下拉，使杠杆在水平位置平衡。改变力和力臂的大小，重复上述操作，实验数据见表 11 - 4。小明多次测量并记录数据的目的是。
表 11 - 4
(3)如图(c)所示，在已平衡的杠杆的 $ A $ 点悬挂总重为 1 N 的钩码，在 $ B $ 点用弹簧测力计竖直向下拉，使杠杆在水平位置再次平衡，则拉力 $ F $ 应为 N。如果测力计的量程为 0～5 N，在支点不变的情况下，采用图(c)中的杠杆，利用杠杆上的刻度线，测力计能测出悬挂物体的最大重力为 N。
(4)小明想到功的单位是 J，且 $ 1J = 1N · m $。于是，他认为表中“$ F_{1}l_{1} $”的单位 $ N · m $ 可以换成 J。根据所学知识，你觉得可以换吗？(选填“可以”或“不可以”)，理由是。
答案
左
寻找普遍规律
0.8
25
不可以
力与其力臂的乘积Fl不是功
寻找普遍规律
0.8
25
不可以
力与其力臂的乘积Fl不是功
解析
【解析】
(1) 实验前杠杆左端下沉、右端上翘，为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向左调节，便于测量力臂。
(2) 在探究性实验中，多次测量并记录数据的目的是寻找普遍规律，避免实验结论的偶然性。
(3) 设杠杆每格长度为$ L $，根据杠杆平衡条件$ F_1L_1=F_2L_2 $，可得$ 1\,\mathrm{N} × 4L = F × 5L $，解得$ F=0.8\,\mathrm{N} $。要测量最大物体重力，需让物体力臂最小、测力计力臂最大且示数为量程最大值5N，由$ G_{\mathrm{最大}} × 1L = 5\,\mathrm{N} × 5L $，解得$ G_{\mathrm{最大}}=25\,\mathrm{N} $。
(4) 功是力与物体在力的方向上通过距离的乘积，力臂是支点到力的作用线的垂直距离，并非物体在力的方向上移动的距离，因此力与力臂的乘积$ Fl $不是功，单位不能换成J。
【答案】
(1) 左
(2) 寻找普遍规律
(3) 0.8；25
(4) 不可以；力与其力臂的乘积$ Fl $不是功
【知识点】
杠杆平衡条件；杠杆平衡调节；实验多次测量目的
【点评】
本题围绕探究杠杆平衡条件实验，考查了实验调平、多次测量意义、平衡条件应用及功与力臂乘积的区别，覆盖实验关键环节，注重对原理和概念的理解。
【难度系数】
0.6
(1) 实验前杠杆左端下沉、右端上翘，为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向左调节，便于测量力臂。
(2) 在探究性实验中，多次测量并记录数据的目的是寻找普遍规律，避免实验结论的偶然性。
(3) 设杠杆每格长度为$ L $，根据杠杆平衡条件$ F_1L_1=F_2L_2 $，可得$ 1\,\mathrm{N} × 4L = F × 5L $，解得$ F=0.8\,\mathrm{N} $。要测量最大物体重力，需让物体力臂最小、测力计力臂最大且示数为量程最大值5N，由$ G_{\mathrm{最大}} × 1L = 5\,\mathrm{N} × 5L $，解得$ G_{\mathrm{最大}}=25\,\mathrm{N} $。
(4) 功是力与物体在力的方向上通过距离的乘积，力臂是支点到力的作用线的垂直距离，并非物体在力的方向上移动的距离，因此力与力臂的乘积$ Fl $不是功，单位不能换成J。
【答案】
(1) 左
(2) 寻找普遍规律
(3) 0.8；25
(4) 不可以；力与其力臂的乘积$ Fl $不是功
【知识点】
杠杆平衡条件；杠杆平衡调节；实验多次测量目的
【点评】
本题围绕探究杠杆平衡条件实验，考查了实验调平、多次测量意义、平衡条件应用及功与力臂乘积的区别，覆盖实验关键环节，注重对原理和概念的理解。
【难度系数】
0.6
23. 小明探究滑轮组的机械效率时，采用图 11 - 63(a)中的滑轮组进行实验，实验数据见表 11 - 5。
表 11 - 5
(1)分析数据可知，滑轮组的机械效率与物体上升的高度(选填“有关”或“无关”)。若不计绳重及摩擦，根据第 1 次实验数据可知动滑轮重为。
(2)表中第 4 次实验的机械效率为。
(3)如果换用图 11 - 63(b)中的装置进行实验，把同一重物提升相同的高度，需要做的额外功更，机械效率更。
(4)关于用同一滑轮组提升重物时的机械效率，下列说法中正确的是()。
A. 提升越重的物体，机械效率越大
B. 有用功越大，机械效率一定越大
C. 额外功越大，机械效率一定越小
D. 同一个机械的机械效率是恒定不变的
表 11 - 5
(1)分析数据可知，滑轮组的机械效率与物体上升的高度(选填“有关”或“无关”)。若不计绳重及摩擦，根据第 1 次实验数据可知动滑轮重为。
(2)表中第 4 次实验的机械效率为。
(3)如果换用图 11 - 63(b)中的装置进行实验，把同一重物提升相同的高度，需要做的额外功更，机械效率更。
(4)关于用同一滑轮组提升重物时的机械效率，下列说法中正确的是()。
A. 提升越重的物体，机械效率越大
B. 有用功越大，机械效率一定越大
C. 额外功越大，机械效率一定越小
D. 同一个机械的机械效率是恒定不变的
答案
无关
0.7 N
80%
多
低
A
解析
【解析】
(1)分析表中数据，物体上升高度不同时，滑轮组机械效率基本相同，可知滑轮组的机械效率与物体上升的高度无关。不计绳重及摩擦，根据$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Gh+G_{动}h}=\frac{G}{G+G_{动}}$，将第1次实验的$G=2N$、$\eta\approx74.1\%$代入，解得动滑轮重$G_{动}=0.7N$。
(2)第4次实验的机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{1.6J}{2.0J}×100\%=80\%$。
(3)图(b)装置的动滑轮个数更多，提升同一重物相同高度时，克服动滑轮重力做的额外功更多，有用功不变，总功增大，故机械效率更低。
(4)对同一滑轮组：
A选项：提升越重的物体，有用功占总功的比例越大，机械效率越大，正确；
B选项：有用功越大，若总功也增大，机械效率不一定越大，错误；
C选项：额外功越大，若有用功也增大，机械效率不一定越小，错误；
D选项：提升不同重物时，机械效率不同，并非恒定不变，错误。故选A。
【答案】
(1)无关；0.7 N
(2)80%
(3)多；低
(4)A
【知识点】
滑轮组机械效率；机械效率影响因素
【点评】
本题围绕滑轮组机械效率的探究展开，考查机械效率的计算、影响因素分析，需熟练运用机械效率公式，明确额外功的来源，理解机械效率与物重、动滑轮重的关系。
【难度系数】
0.6
(1)分析表中数据，物体上升高度不同时，滑轮组机械效率基本相同，可知滑轮组的机械效率与物体上升的高度无关。不计绳重及摩擦，根据$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Gh+G_{动}h}=\frac{G}{G+G_{动}}$，将第1次实验的$G=2N$、$\eta\approx74.1\%$代入，解得动滑轮重$G_{动}=0.7N$。
(2)第4次实验的机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{1.6J}{2.0J}×100\%=80\%$。
(3)图(b)装置的动滑轮个数更多，提升同一重物相同高度时，克服动滑轮重力做的额外功更多，有用功不变，总功增大，故机械效率更低。
(4)对同一滑轮组：
A选项：提升越重的物体，有用功占总功的比例越大，机械效率越大，正确；
B选项：有用功越大，若总功也增大，机械效率不一定越大，错误；
C选项：额外功越大，若有用功也增大，机械效率不一定越小，错误；
D选项：提升不同重物时，机械效率不同，并非恒定不变，错误。故选A。
【答案】
(1)无关；0.7 N
(2)80%
(3)多；低
(4)A
【知识点】
滑轮组机械效率；机械效率影响因素
【点评】
本题围绕滑轮组机械效率的探究展开，考查机械效率的计算、影响因素分析，需熟练运用机械效率公式，明确额外功的来源，理解机械效率与物重、动滑轮重的关系。
【难度系数】
0.6
