Question

19．如圖甲所示小明在探究“杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中所用的實(shí)驗(yàn)器材有：杠桿、支架、彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺、細(xì)線和質(zhì)量相同的鉤碼若干個(gè)．

（1）實(shí)驗(yàn)前，將杠桿中點(diǎn)置于支架上，當(dāng)杠桿靜止時(shí)，發(fā)現(xiàn)杠桿右端下沉．此時(shí)，應(yīng)把杠桿兩端的平衡螺母向左 （選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)，使杠桿在不掛鉤碼時(shí)，保持水平并靜止，達(dá)到平衡狀態(tài)．
（2）杠桿調(diào)節(jié)平衡后，小明在杠桿上A點(diǎn)處掛4個(gè)鉤碼，在B點(diǎn)處掛6個(gè)鉤碼，杠桿恰好在原位置平衡．于是小明便得出了杠桿的平衡條件．老師指出他這樣得出的結(jié)論不合理，這是因?yàn)橥ㄟ^一次測(cè)量得出結(jié)論，結(jié)論具有偶然性．
（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小明提出了新的探究問題：“若支點(diǎn)不在杠桿的中點(diǎn)時(shí)，杠桿的平衡條件是否仍然成立？”于是小明利用如圖乙所示裝置進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)在杠桿左端的不同位置，用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上拉使杠桿在原位置處于平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)出的拉力大小都與杠桿平衡條件不相符．其原因是：杠桿自重給實(shí)驗(yàn)帶來影響
（4）丙圖中若測(cè)力計(jì)的示數(shù)與鉤碼重力相等，則測(cè)力計(jì)與杠桿之間的夾角等于30°（填銳角的度數(shù)），測(cè)力計(jì)在丙圖中A點(diǎn)改變不同的角度時(shí)所用的最小拉力是$\frac{1}{2}$G（設(shè)鉤碼總重為G）．該實(shí)驗(yàn)還說明力臂應(yīng)該是支點(diǎn)到力的作用線的距離．

Answer 1

分析 （1）杠桿左端下沉，說明杠桿的重心在支點(diǎn)左側(cè)，調(diào)節(jié)平衡螺母應(yīng)使杠桿重心右移，這一調(diào)節(jié)過程的目的是為了使杠桿的自重對(duì)杠桿平衡不產(chǎn)生影響；杠桿在水平位置平衡時(shí)，力的方向與杠桿垂直，力臂的長(zhǎng)度可以直接從杠桿上讀出來；
（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果只用一組數(shù)據(jù)得到結(jié)論，偶然性太大，因此應(yīng)獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納出物理規(guī)律；
（3）圖乙中，支點(diǎn)位于動(dòng)力和阻力的右側(cè)，彈簧測(cè)力計(jì)不但提了鉤碼，而且還提了杠桿，杠桿的重力對(duì)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生了影響；
（4）根據(jù)杠桿平衡的條，F(xiàn)₁L₁=F₂L₂，分析動(dòng)力臂和阻力臂的大小關(guān)系，然后三角形的知識(shí)求出測(cè)力計(jì)與杠桿之間的夾角；
彈簧測(cè)力計(jì)與杠桿垂直時(shí)，力臂在杠桿上，力臂最大，拉力最小，根據(jù)杠桿平衡的條，F(xiàn)₁L₁=F₂L₂，求出測(cè)力計(jì)在A點(diǎn)所用的最小拉力．

解答 解：
（1）當(dāng)杠桿靜止時(shí)，發(fā)現(xiàn)杠桿右端下沉，杠桿重心右移，應(yīng)將平衡螺母（左端和右端的均可）向左調(diào)節(jié)，使杠桿在不掛鉤碼時(shí)，保持水平并靜止；
（2）杠桿的平衡條件是：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂（或F₁L₁=F₂L₂），只通過一次測(cè)量，數(shù)據(jù)具有偶然性，不具備普遍性；
（3）圖乙中，杠桿的重心不在支點(diǎn)上，杠桿的重力對(duì)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生了影響，導(dǎo)致拉力F的大小比由杠桿平衡條件計(jì)算出來的數(shù)值偏大；
（4）丙圖中測(cè)力計(jì)的示數(shù)與鉤碼重力相等，說明動(dòng)力臂與阻力臂相等，由圖可知：

彈簧測(cè)力計(jì)拉力的力臂OB為支點(diǎn)O與拉力作用點(diǎn)A長(zhǎng)度的一半，根據(jù)三角形的知識(shí)可知：測(cè)力計(jì)與杠桿之間的夾角為30°，
測(cè)力計(jì)在丙圖中A點(diǎn)所用的最小拉力時(shí)，拉力與杠桿垂直，此時(shí)力臂的長(zhǎng)度為OA；
假設(shè)杠桿的一個(gè)小格代表L，由杠桿平衡的條件，F(xiàn)₁L₁=F₂L₂，可得，
根據(jù)杠杠的平衡條件可知，彈簧測(cè)力計(jì)在A點(diǎn)的最小拉力為：F₁=$\frac{G×3L}{6L}$=$\frac{1}{2}$G．
故答案為：（1）左；水平；（2）通過一次測(cè)量得出結(jié)論，結(jié)論具有偶然性；（3）杠桿自重給實(shí)驗(yàn)帶來影響；（4）30°；$\frac{1}{2}$G；作用線．

點(diǎn)評(píng) （1）杠桿在水平位置平衡后，支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離就是力臂，因此在此實(shí)驗(yàn)中我們應(yīng)首先調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡；
（2）初中物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多次測(cè)量有些是為了求平均值，使測(cè)得的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，有些是為了尋找普遍規(guī)律，探究杠桿平衡的條件多次測(cè)量就是為了尋找普遍規(guī)律．