Question

【題目】小明在“探究杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中，所有的器材有：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，發(fā)現(xiàn)杠桿左端偏高，應(yīng)向_____端調(diào)節(jié)平衡螺母，使杠桿水平平 衡；實(shí)驗(yàn)中，使杠桿在水平位置平衡，這樣做的好處是便于在杠桿上直接測(cè)量_____．

（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將鉤碼懸掛于圖甲中 A 點(diǎn)，保持阻力、阻力臂不變，在支點(diǎn) O 右側(cè)不同位置，用彈簧測(cè)力計(jì)施加豎直向下的拉力（動(dòng)力），使杠桿水平平衡，測(cè)出每一組動(dòng)力臂 L1 和對(duì)應(yīng)的動(dòng)力 F1，并記 錄在表中．請(qǐng)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中繪制出 L1 與 F1 的圖象_____； 根據(jù)圖象中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng) L1 為 0.6m 時(shí)，F1 為_____N．

（3）實(shí)驗(yàn)中小明得出結(jié)論：杠桿平衡條件是 動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂； 同組的小華認(rèn)為還可以得出結(jié)論：杠桿平衡條件是 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．你支持_____結(jié)論（小明/小華），并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟反駁另一學(xué)生的結(jié)論_____．

（4）學(xué)以致用從地面上搬起重物我們的常見(jiàn)做法是彎腰（如圖甲）或人下蹲彎曲膝蓋（如圖乙）把它搬起來(lái)，哪種方法好呢？下面就建立模型說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題．把脊柱簡(jiǎn)化為杠桿如圖丙所示，脊柱可繞骶骨（軸）O 轉(zhuǎn) 動(dòng)，腰背部復(fù)雜肌肉的等效拉力 F1 作用在 A 點(diǎn)，其實(shí)際作用方向與脊柱夾角為 12°且保持不變，搬箱 子拉力 F2作用在肩關(guān)節(jié) B 點(diǎn)，在 B 點(diǎn)掛一重物代替箱子．用測(cè)力計(jì)沿 F1 方向拉，使模型靜止，可測(cè)出 腰背部復(fù)雜肌肉拉力的大小．接著，改變脊柱與水平面的夾角即可改變杠桿與水平面的夾角 α，多次實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論．

（a）當(dāng) α 角增大時(shí)，L2_____（變大/不變/變小），F1_____（變大/不變/變�。�．

（b）如果考慮到人上半身的重力，那么腰背部肌肉的實(shí)際拉力將比丙圖中 F1要_____（大/�。�．

（c）對(duì)比甲乙兩種姿勢(shì)所對(duì)應(yīng)丙圖中的兩種狀態(tài)，由以下分析可得，_____（甲/乙）圖中的姿勢(shì)比較正確．

Answer 1

【答案】 左 力臂 0.5 小明 取下一側(cè)的鉤碼，用測(cè)力計(jì)斜拉杠桿，使杠桿在水平位置平衡，測(cè)出此力的力臂，記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)，此時(shí)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 變小 變小 大 【答題空10】乙．

【解析】（1）當(dāng)杠桿在水平位置平衡時(shí)，拉力與杠桿垂直，所以從杠桿上可以直接讀出力臂，故實(shí)驗(yàn)時(shí)為了便于測(cè)量力臂，所以使杠桿在水平位置平衡，調(diào)節(jié)杠桿平衡時(shí)，哪端高向哪端調(diào)節(jié)平衡螺線，所以實(shí)驗(yàn)前發(fā)現(xiàn)杠桿左端偏高，應(yīng)向左端調(diào)節(jié)平衡螺母；

（2）根據(jù)表格數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后用平滑的曲線連接，如圖：

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和杠桿的平衡條件可知，動(dòng)力乘以動(dòng)力臂為，

因?yàn)楦軛U平衡，所以當(dāng)L1為0.6m時(shí)，該乘積也應(yīng)為：

解得，F1為0.5N；

（3）根據(jù)杠桿的平衡條件可知，當(dāng)然小明的結(jié)論是正確的。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中杠桿是在水平位置平衡的，所以支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離正好等于力臂，故小華得出了不正確的結(jié)論，當(dāng)力與杠桿不垂直時(shí)，些結(jié)論變會(huì)不成立了，據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

可以取下一側(cè)的鉤碼，用測(cè)力計(jì)斜著拉杠桿，仍然使杠桿在水平位置平衡，我們知道斜著拉杠桿，此力必須會(huì)增大，所以代入小華的結(jié)論就不成立了。

再測(cè)出此力的力臂，代入平衡條件，又可驗(yàn)證小明的結(jié)論正確。

（4）（a）由丙圖作出拉力F2的力臂L2，即阻力的力臂如圖，

可以看出，當(dāng)α角增大時(shí)，阻力L2會(huì)變小，由于腰背部復(fù)雜肌肉的等效拉力F1作用在A點(diǎn)，其實(shí)際作用方向與脊柱夾角為 12°且保持不變，即動(dòng)力臂不變，根據(jù)杠桿的平衡條件，因?yàn)樽枇Σ蛔儯瑒?dòng)力臂不變，所以阻力臂減小時(shí)，動(dòng)力F1也變��；

（b）如果考慮到人上半身的重力，等于增加了阻力，根據(jù)杠桿杠桿平衡條件，動(dòng)力也增大，所以腰背部肌肉的實(shí)際拉力將比丙圖中F1要大；

（c）如圖甲彎腰搬起重物時(shí)，相當(dāng)于圖丙中的α角較小的狀態(tài)，以上分析可知，需要較大的肌肉拉力才能使杠桿平衡，即搬起重物，對(duì)關(guān)節(jié)，肌肉不利；

圖乙下蹲彎曲膝蓋搬起重物時(shí)，相當(dāng)于圖丙中的α角較大的狀態(tài)，需要較小的力就可便杠桿平衡，所以對(duì)脊柱關(guān)節(jié)和肌肉有利，固乙姿勢(shì)比較正確。

答案： (1). 左 (2). 力臂 (3). (4). 0.5 (5). 小明 (6). 取下一側(cè)的鉤碼，用測(cè)力計(jì)斜拉杠桿，使杠桿在水平位置平衡，測(cè)出此力的力臂，記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)，此時(shí)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 (7). 變小 (8). 變小 (9). 大 (10). 乙