Question

3．如圖甲所示，小明在探究“杠桿的平衡條件”實(shí)驗
（1）在“探究杠桿平衡條件”實(shí)驗中，應(yīng)先調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡，這樣做是為了便于測量力臂；如發(fā)現(xiàn)杠桿左端偏高，則可將右端的平衡螺母向左調(diào)節(jié)，或?qū)⒆蠖说钠胶饴菽赶蜃笳{(diào)節(jié)；
（2）杠桿調(diào)節(jié)平衡后，小明在杠桿上A點(diǎn)處掛4個鉤碼，在B點(diǎn)處掛6個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為：F₁L₁=F₂L₂．他這樣得出的結(jié)論是否合理？不合理；為什么？只有一次實(shí)驗，實(shí)驗結(jié)論具有偶然性．

（3）實(shí)驗結(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，杠桿的平衡條件是否仍然成立？”于是小組同學(xué)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，用彈簧測力計豎直向上拉使杠桿處于平衡狀態(tài)時，測出的拉力大小都與杠桿平衡條件不相符．其原因是：杠桿自身重力對杠桿的平衡有影響．
（4）實(shí)驗時只有8個相同的鉤碼，杠桿上每格等距，如圖甲，當(dāng)在A點(diǎn)掛4個鉤碼時，則怎樣掛鉤碼可以使杠桿在水平位置平衡？（請設(shè)計兩種方案）
①在支點(diǎn)右側(cè)第三格處掛4個鉤碼；
②在支點(diǎn)右側(cè)第四格處掛3個鉤碼．

（5）圖是小明同學(xué)三次實(shí)驗的情景，實(shí)驗時所用的每個鉤碼重0.5N，杠桿上每一格長5cm，部分實(shí)驗數(shù)據(jù)已記錄在表中．將表格中的實(shí)驗數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整．

實(shí)驗次數(shù)	動力F1/N	動力臂L1/cm	阻力F2/N	阻力臂L2/cm
1	1.5	10	1
2	1	20		10
3	1	20	1.5	10

（6）小明的第3次實(shí)驗存在錯誤，其錯誤是彈簧測力計沒有豎直向下拉（或動力臂測量錯誤）．

Answer 1

分析 （1）探究杠桿平衡條件時，使杠桿在水平位置平衡，此時力與杠桿垂直，力臂的長度可以直接從杠桿上讀出來；
杠桿左端偏高，說明杠桿的重心在支點(diǎn)右側(cè)，調(diào)節(jié)平衡螺母應(yīng)使杠桿重心左移；
（2）杠桿的平衡條件是：F₁L₁=F₂L₂；
初中物理用實(shí)驗探究物理問題時要進(jìn)行多次實(shí)驗，有的是為了多次測量求平均值來減小誤差；有的是多次測量發(fā)現(xiàn)變化規(guī)律；有的是為了使實(shí)驗結(jié)論具有普遍性；
（3）杠桿本身是有重力的，為了消除杠桿本身重力對實(shí)驗的影響，將支點(diǎn)作用在杠桿的重心處即杠桿的中點(diǎn)；
（4）根據(jù)杠桿的平衡條件進(jìn)行分析；
（5）根據(jù)三次實(shí)驗圖示讀出對應(yīng)的數(shù)據(jù)填入表格；
（6）由圖可見，第3次實(shí)驗中拉力的方向沒有豎直向下，導(dǎo)致力臂不能從杠桿上正確讀出．

解答 解：
（1）當(dāng)杠桿在水平位置平衡時，力的方向與杠桿垂直，力臂等于支點(diǎn)到力的作用線的距離，力臂可以從杠桿標(biāo)尺刻度上直接讀出來；
杠桿左端偏高，應(yīng)將平衡螺母（左端和右端的均可）向左調(diào)節(jié)，使杠桿在水平位置平衡；
（2）杠桿平衡條件為F₁L₁=F₂L₂；
只有一次實(shí)驗總結(jié)實(shí)驗結(jié)論是不合理的，一次實(shí)驗很具有偶然性，要多進(jìn)行幾次實(shí)驗，避免偶然性；
（3）如圖乙所示裝置進(jìn)行探究，杠桿的重心沒有通過支點(diǎn)，杠桿的重對杠桿平衡有影響，所以測出的拉力大小都與杠桿平衡條件不相符；
（4）根據(jù)杠桿的平衡條件：F₁L₁=F₂L₂；
F₁L₁=4G×3L=12GL，鉤碼數(shù)量和格數(shù)的乘積滿足12，所以可以在右端第4格掛3個鉤碼或在第3格掛4個鉤碼；
（5）由圖1知，L₂=15cm；
由圖2知，F(xiàn)₂=4×0.5N=2N；
（6）第3次實(shí)驗中，拉力的方向向右傾斜，導(dǎo)致動力臂偏小，根據(jù)杠桿平衡條件，阻力、阻力臂不變時，動力臂變小，動力就會變大，因此彈簧測力計的示數(shù)變大．
故答案為：（1）水平；便于測量力臂；左；左；（2）F₁L₁=F₂L₂；不合理；只有一次實(shí)驗，實(shí)驗結(jié)論具有偶然性；（3）杠桿自身重力對杠桿的平衡有影響；（4）①4；②3；（5）15；2；（6）彈簧測力計沒有豎直向下拉（或動力臂測量錯誤）．

點(diǎn)評 此題是探究杠桿平衡條件，考查了杠桿的調(diào)平及杠桿平衡條件的應(yīng)用，探究杠桿平衡條件時，使杠桿在水平位置平衡，便于測量力臂大小，杠桿的重心通過支點(diǎn)，消除杠桿重對杠桿平衡的影響，使實(shí)驗簡單化，便于探究．