Question

9．如圖1所示，某小組研究“杠桿的平衡條件”，器材：有刻度的杠桿、若干個(gè)相同的鉤碼、彈簧測力計(jì)等，O為杠桿的支點(diǎn)．
（1）實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)先調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡．這樣做，除了可以消除自身的重力影響，還可以方便地測量或讀出力臂．調(diào)節(jié)時(shí)，如發(fā)現(xiàn)杠桿左端偏高，應(yīng)如何操作：將平衡螺母向左調(diào)．
（2）某實(shí)驗(yàn)小組記錄兩組數(shù)據(jù)如下：

實(shí)驗(yàn)序號	動力F1/N	動力臂l1/cm	阻力F 2/N	阻力臂l2/cm
1	2	20	1	10
2	1	8	2	4

根據(jù)分析，這組數(shù)據(jù)中，實(shí)驗(yàn)序號為1（選填：“1”或“2”）的一組肯定有錯誤．檢查發(fā)現(xiàn)是測量動力臂時(shí)讀錯了，動力臂的實(shí)際值比記錄值�。ㄟx填：大或�。�．
（3）如圖2所示，彈簧測力計(jì)在C處由豎直向上逐漸向右傾斜拉動杠桿，仍使杠桿在水平位置保持平衡，則彈簧測力計(jì)的示數(shù)將變大（選填：變大、變小或保持不變），其原因是該力的力臂變小了．
（4）某次實(shí)驗(yàn)中，若采取如圖3所示的方式懸掛鉤碼，杠桿也能在水平位置保持平衡（杠桿上每格等距），但老師卻往往提醒大家不要采用這種方式，這主要是以下哪種原因D（選填字母）．
A．一個(gè)人無法獨(dú)立操作     B．需要使用太多的鉤碼
C．力臂與杠桿不重合       D．力和力臂數(shù)目過多
（5）如圖4所示，實(shí)驗(yàn)小組選用長1.6m、粗細(xì)均勻的一只金屬桿，繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，同時(shí)將一個(gè)“拉力--位移傳感器”豎直作用在桿上，并使杠桿在水平位置始終保持平衡．該傳感器顯示其拉力F與作用點(diǎn)到O點(diǎn)距離x的變化關(guān)系如圖5所示．由圖可知金屬桿重10N．

Answer 1

分析 （1）為了避免杠桿重力對杠桿平衡產(chǎn)生的影響和便于測量力臂，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）利用題中表格中的已知數(shù)據(jù)分別計(jì)算F₁L₁與F₂L₂的值，進(jìn)行比較，因杠桿是平衡的，若F₁L₁≠F₂L₂說明有錯誤．
（3）杠桿在水平位置平衡，阻力、阻力臂不變，動力臂變小，動力變大．
（4）當(dāng)杠桿上掛多組鉤碼時(shí)，力和力臂數(shù)目增加，使實(shí)驗(yàn)復(fù)雜化，給實(shí)驗(yàn)帶來難度．
（5）解決圖表類的題目要充分利用表中數(shù)據(jù)，此題，杠桿是粗細(xì)均勻的一只金屬桿，重心在杠桿的中點(diǎn)，當(dāng)x為0.8m時(shí)，動力臂等于阻力臂，所以拉力等于杠桿的重力．

解答 解：（1）因?yàn)楦軛U的重力對杠桿平衡產(chǎn)生的影響，實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)首先進(jìn)行杠桿平衡調(diào)節(jié)．當(dāng)杠桿處于水平平衡時(shí)，作用在杠桿上的動力和阻力--鉤碼的重力--的方向恰好與杠桿垂直，這時(shí)力的力臂就可以從杠桿上的刻度直接讀出．因此，調(diào)節(jié)杠桿的水平平衡是為了便于測量力臂的大小．
如發(fā)現(xiàn)杠桿左端偏高，說明杠桿重心位置偏右，向左調(diào)節(jié)杠桿左側(cè)平衡螺母或向左調(diào)節(jié)杠桿右側(cè)平衡螺母．
（2）分析表中數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)序號1中，F(xiàn)₁L₁=2N×20cm=40N•cm；而F₂L₂=1N×10cm=10N•cm，∴F₁L₁≠F₂L₂，
因杠桿平衡，該組乘積不相等說明數(shù)據(jù)有錯誤．
實(shí)驗(yàn)序號2中，F(xiàn)₁L₁=1N×8cm=8N•cm，而F₂L₂=2N×4cm=8N•cm，則F₁L₁=F₂L₂，
因杠桿平衡，該組乘積相等說明數(shù)據(jù)正確．
由F₁L_實(shí)=F₂L₂得：L_實(shí)=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{F}_{1}}$=$\frac{1N×10cm}{2N}$=5cm＜10cm；
即：動力臂的實(shí)際值比表中的記錄值�。�
（3）彈簧測力計(jì)豎直拉和向右傾斜拉動杠桿在水平位置平衡，阻力和阻力臂不變，彈簧測力計(jì)向右傾斜拉動杠桿時(shí)，動力臂變小，根據(jù)杠桿平衡條件，動力變大，所以彈簧測力計(jì)示數(shù)變大．
（4）當(dāng)杠桿上掛多組鉤碼時(shí)，力和力臂數(shù)目增加，雖然也能得出正確的結(jié)論，但是使實(shí)驗(yàn)復(fù)雜化，給實(shí)驗(yàn)帶來難度．所以選項(xiàng)D正確．
（5）粗細(xì)均勻的金屬桿長為1.6m，則其重心在0.8m處，此處動力臂等于阻力臂，由杠桿平衡條件可知，拉力的大小即為金屬桿的重，故重力為10N．
故答案為：（1）水平；力臂；將平衡螺母向左調(diào)；
（2）1；小；
（3）變大；該力的力臂變小了；
（4）D；
（5）10．

點(diǎn)評 解決與杠桿平衡條件相關(guān)問題的基本方法：準(zhǔn)確找出題中杠桿的五要素，再將對應(yīng)的動力和動力臂、阻力和阻力臂代入杠桿平衡條件，即可求解；解決圖表類的題目要充分利用表中數(shù)據(jù)，此題，當(dāng)x為0.8m時(shí)拉力等于杠桿的重力．