小金用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率.实验时竖直向上拉动杠杆,使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升.重为5N的钩...
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小金用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率.实验时竖直向上拉动杠杆,使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升.重为5N的钩码挂在A点时,人的拉力F为4N,钩码上升0.3m时,动力作用点C上升0.5m,此时机械效率η1为多大?
(2)小金为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关,仍用该实验装置,将钩码移到B点,再次缓慢提升杠杆使动力作用点C仍然上升0.5m.问:人的拉力F与第一次相比 (选填“变大”“变小”或“不变”).比较此时的机械效率η2与η1的大小并用学过的知识给以推导.
【回答】
解:(1)有用功:W有用=Gh=5N×0.3m=1.5J;
总功:W总=Fs=4N×0.5m=2J,
机械效率:η=×100%=×100%=75%;
(2)钩码的悬挂点在A点时,由于杠杆的重力会阻碍杠杆转动,
则由杠杠的平衡条件得:GOA+G杠杆OC=FOC;
悬挂点移至B点时,由杠杠的平衡条件得GOB+G杠杆OC=F′OC,
观察比较可知,悬挂点移至B点时,OB<OA,即钩码重力的力臂变小,所以拉力F也变小;
杠杆的机械效率:η===;
因为杠杆升高的高度不变,所以克服杠杆自重所做的额外功不变(即W额=G杠杆h杠杆不变);由于悬挂点B更接近支点,所以钩码提升的高度减小,根据W有用=Gh可知,有用功减小;
从上面η的表达式可知:W有用减小、W额不变,所以变大,分母变大,η就减小;即η2<η1.
答:(1)机械效率η1为75%;
(2)变小;此时的机械效率η2<η1,推导过程见解答.
知识点:力和机械 单元测试
题型:计算题
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