Question

2．小明和小紅一起做探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)：
（1）當(dāng)桿杠靜止在圖甲所示的位置時(shí)，桿杠處于平衡（選填“平衡”或“不平衡”）狀態(tài)；如圖甲中，應(yīng)將右端的平衡螺母向右（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)使杠桿在水平位置平衡，這樣做是為了便于測(cè)量力臂．
（2）小紅在杠桿的兩端加掛鉤碼，并移動(dòng)鉤碼，使杠桿在水平位置平衡，如圖乙所示，
并測(cè)出力臂．多次實(shí)驗(yàn)并把數(shù)據(jù)記錄在表格中．

次數(shù)	F1/N	l1/cm	F2/N	l2/cm
l	1	10	2	5
2	2	10	1	20
3	2	15	3	10

得出了杠桿平衡條件：“動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂”．但是小明按現(xiàn)有的方案操作卻得出如下結(jié)論：“動(dòng)力×支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離=阻力×支點(diǎn)到阻力作用點(diǎn)的距離”這個(gè)結(jié)論與杠桿平衡條件不符，怎樣幫小明解決疑惑，接下來(lái)你可以通過(guò)B實(shí)驗(yàn)步驟，測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)．
A．改變力的大小
B．改用彈簧測(cè)力計(jì)改變力的方向
C．改變力的作用點(diǎn)
D．改變平衡螺母的位置從而讓杠桿在水平位置重新平衡
（3）小紅將圖乙中杠桿兩側(cè)的鉤碼各取下一個(gè)，杠桿將左側(cè)會(huì)下降．（選填“仍能平衡”“右側(cè)
下降”或“左側(cè)下降”）
（4）小紅還想探究當(dāng)動(dòng)力和阻力在杠桿同側(cè)時(shí)杠桿的平衡情況，于是她將杠桿左側(cè)的所有鉤碼拿掉，結(jié)果杠桿轉(zhuǎn)至豎直位置，如圖丙所示．小紅在A點(diǎn)施加一個(gè)始終水平向右的拉力F，卻發(fā)現(xiàn)無(wú)論用多大的力都不能將杠桿拉至水平位置平衡．你認(rèn)為原因是水平位置的動(dòng)力臂為零．
（5）接著，小明提出新的探究問(wèn)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？”于是小明利用如圖丁所示裝置進(jìn)行探究，在杠桿D點(diǎn)處掛上2個(gè)鉤碼，用彈簧測(cè)力計(jì)在C點(diǎn)處豎直向上拉使杠桿在水平位置處于平衡狀態(tài)，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖所示，則彈簧測(cè)力計(jì)的拉力是3.3 N．以彈簧測(cè)力計(jì)的拉力為動(dòng)力F₁′，鉤碼重力為阻力F₂′，多次調(diào)整力和力臂的大小進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)：F₁′L₁′總是    大于F₂′L₂′，其原因主要是受杠桿自重的影響．

（6）小明將圖丁中彈簧測(cè)力計(jì)拉力的作用點(diǎn)從C點(diǎn)移到E點(diǎn)，使杠桿仍在水平位置平衡，如圖戊所示，請(qǐng)推算：此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力是1.1 N．

Answer 1

分析 （1）杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)都為杠桿的平衡狀態(tài)；在實(shí)驗(yàn)中也必須使杠桿在水平位置平衡是為了便于測(cè)量力臂，實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)首先進(jìn)行杠桿平衡調(diào)節(jié)，根據(jù)杠桿的平衡條件，杠桿左、右兩端的螺母（或一端的螺母）向杠桿上翹的一端調(diào)節(jié)．
（2）從支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的垂直距離叫動(dòng)力臂；從支點(diǎn)到阻力作用線的垂直距離叫阻力臂．
（3）用杠桿平衡條件可對(duì)兩側(cè)的力的力臂的乘積進(jìn)行分析，最后做出判斷．
（4）分析拉力作用下其力臂變化情況，根據(jù)杠桿的平衡條件找到原因．
（5）認(rèn)清測(cè)力計(jì)的量程和分度值，根據(jù)指針的位置讀數(shù)；杠桿在水平位置平衡，力臂在杠桿上，便于測(cè)量力臂大�。桓軛U的重心過(guò)支點(diǎn)，消除杠桿重對(duì)杠桿平衡的影響；
（6）首先根據(jù)杠桿的平衡條件F₁L₁=F₂L₂求得2個(gè)鉤碼的重力，再利用杠桿的平衡條件即可求得此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力．

解答 解：（1）圖甲中實(shí)驗(yàn)前沒(méi)掛鉤碼時(shí)，杠桿處于靜止的平衡狀態(tài)；發(fā)現(xiàn)杠桿右端上翹，調(diào)節(jié)時(shí)重心應(yīng)向右移動(dòng)，應(yīng)將右端平衡螺母向右旋一些，使杠桿在水平位置平衡；在實(shí)驗(yàn)中也必須使杠桿在水平位置平衡是為了便于測(cè)量力臂；
（2）“動(dòng)力×支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離=阻力×支點(diǎn)到阻力作用點(diǎn)的距離”，是在杠桿在水平位置平衡且動(dòng)力和阻力的方向都是豎直向下的條件下得出的，也就是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有改變動(dòng)力或阻力的方向．故選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確．
（3）設(shè)一個(gè)鉤碼的重力G，一格的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則當(dāng)杠桿兩側(cè)的鉤碼各取下一個(gè)杠桿在水平位置平衡時(shí)：
左邊=2G×2L=4GL＞右邊=G×3L=3GL；
故杠桿不再水平平衡，左側(cè)會(huì)下降；
（4）在杠桿右側(cè)掛上鉤碼，在右端用測(cè)力計(jì)水平拉動(dòng)，當(dāng)杠桿拉到水平位置時(shí)拉力的力臂通過(guò)支點(diǎn)，即力臂為0，根據(jù)杠桿的平衡條件可知始終不能平衡；
（5）由圖可知，彈簧測(cè)力計(jì)的刻度值為0.1N，指針在3N以下三格處，示數(shù)為3.3N；
用如圖丁所示裝置進(jìn)行探究，杠桿的重心沒(méi)有通過(guò)支點(diǎn)，杠桿的自重對(duì)杠桿平衡有影響；
（6）根據(jù)杠桿的平衡條件F₁L₁=F₂L₂可得：3.3N×4L=G×6L，
解得：G=2.2N，
將圖中彈簧測(cè)力計(jì)拉力的作用點(diǎn)從C點(diǎn)移到E點(diǎn)，使杠桿仍在水平位置平衡，則F×12L=G×6L，即F×12L=2.2N×6L，
解得F=1.1N．
故答案為：
（1）平衡；右；便于測(cè)量力臂； 
（2）B；
（3）左側(cè)會(huì)下降；
（4）水平位置的動(dòng)力臂為零；
（5）3.3；杠桿自重；
（6）1.1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，從原理到實(shí)際操作、實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)分析等，考查較為全面，是我們應(yīng)該掌握的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)．