Question

7．小明在探究杠桿的平衡條件的實驗中，以杠桿中點為支點．

（1）在調(diào)節(jié)杠桿平衡時，小明發(fā)現(xiàn)杠桿右端低左端高，要使它在水平位置平衡，應將杠桿右端的平衡螺母向A（A、左/B、右）調(diào)節(jié)．
（2）如圖甲所示，杠桿在水平位置平衡，記錄數(shù)據(jù)．根據(jù)這一次實驗數(shù)據(jù)，小明立即分析得出杠桿的平衡條件，小明這種做法的不足是：僅憑一次實驗的數(shù)據(jù)得出的結論具有偶然性．
（3）如圖乙所示，小明設計了兩種實驗方案：第一種彈簧測力計沿豎直方向拉，其讀數(shù)為F₁；第二種彈簧測力計傾斜拉，其讀數(shù)為F₂．第一（一/二）種實驗方案更方便，理由是：便于直接讀出力臂．兩次彈簧測力計讀數(shù)F_1＜（＜/=/＞）F₂．
（4）杠桿不處于水平位置能否平衡？小海和小紅意見不同．小海認為能平衡，于是他每次讓杠桿傾斜時靜止，這樣實驗也得出了同樣的杠桿平衡條件．小海認為杠桿平衡不一定是水平的，這種說法對嗎？√（對/錯），小紅仔細研究后發(fā)現(xiàn)自己的在水平位置實驗的方案比小海好，請你說出小紅的理由：便于直接讀出力臂．
（5）實驗結束后，小明提出了新的探究問題：“若支點不在杠桿的中點時，杠桿的平衡條件是否仍然成立？”于是小組同學利用如圖丙所示裝置進行探究，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水平平衡時，測出的拉力大小都與杠桿平衡條件不相符．其原因可能是：杠桿的自重影響了杠桿平衡條件的探究．
（6）某同學想利用杠桿的平衡條件來測量刻度尺的質(zhì)量．實驗步驟如下：
步驟一：將刻度尺平放在支座上，左右移動刻度尺，找出能夠使刻度尺在水平位置保持平衡的支點位置，記下這個位置A，它就是刻度尺的重心；步驟二：如圖丁所示，將質(zhì)量為M₁的物體掛在刻度尺左邊某一位置，向右（左/右）移動刻度尺，直到刻度尺能夠在支座上重新保持水平平衡．物體懸掛點到支座的距離L₁和刻度尺的A點到支座的距離L₂；步驟三：根據(jù)杠桿的平衡條件，可以計算出刻度尺的質(zhì)量m=$\frac{{M}_{1}{L}_{1}}{{L}_{2}}$（用題目中所給物理量表示）．

Answer 1

分析 （1）在調(diào)節(jié)杠桿平衡時，應將平衡螺母向較高的一端調(diào)節(jié)；為了便于測量力臂，應使杠桿在水平位置平衡；
（2）初中物理用實驗探究物理問題時要進行多次實驗，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；有的是為了使實驗結論具有普遍性；
（3）杠桿的平衡條件是：F₁L₁=F₂L₂；探究杠桿平衡條件時，使杠桿在水平位置平衡，此時力的方向與杠桿垂直，力臂的長度可以直接從杠桿上讀出來；
（4）杠桿在水平位置平衡時，力的方向與杠桿垂直，力臂的長度可以直接從杠桿上讀出來．
（5）杠桿的重力對杠桿能產(chǎn)生影響．
（6）此題的關鍵在于找出中心，并知道第二次平衡后，中心到支點的位置為直尺重力的力臂，根據(jù)杠桿平衡的條件可求出直尺的質(zhì)量．

解答 解：（1）右端低左端高，應將平衡螺母向較高的一端調(diào)節(jié)，應將杠桿右端的平衡螺母向左端調(diào)節(jié)，使杠桿在水平位置平衡；
（2）只有一次實驗總結實驗結論是不合理的，一次實驗很具有偶然性，要多進行幾次實驗，避免偶然性；
（3）力臂等于支點到力的作用線的距離，當杠桿在水平位置平衡時，力的方向與杠桿垂直，力臂可以從杠桿標尺刻度上直接讀出來，因此第一種實驗方案更方便，此時彈簧測力計的拉力與杠桿垂直，能從杠桿上直接讀力臂；因為第一方案的動力臂要大于第二種方案的動力臂，根據(jù)杠桿的平衡條件，在阻力和阻力臂都相同的情況下，動力臂越大的越省力，所以，F(xiàn)₁＜F₂；
（4）杠桿處于靜止狀態(tài)或勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài)都叫杠桿平衡，所以小海的說法是對的；
力臂等于支點到力的作用線的距離，在小紅的實驗方案中，當杠桿在水平位置平衡時，力的方向與杠桿垂直，力臂可以從杠桿標尺刻度上直接讀出來．而小海實驗方案中的力臂不便于測量，所以，小紅的實驗方案好．
（5）圖丙中，杠桿的重心不在支點上，杠桿的重力對杠桿產(chǎn)生了影響，導致測出的拉力大小都與杠桿平衡條件不相符．
（6）步驟一：從效果上看，我們可以認為各部分受到的重力作用集中于一點，這一點叫做物體的重心．當直尺平放在刀口（支點）上，平衡后，此處為重心；
步驟二：由于原來處于平衡，將質(zhì)量為M₁的物體掛在刻度尺左邊某一位置，則杠桿會左端下降，
所以根據(jù)F₁L₁與F₂L₂可知：在F₁、L₂不變的條件下，需要增加L₂，L₁減小，即向右移動刻度尺．
步驟三：根據(jù)杠桿平衡的條件動力×動力臂=阻力×阻力臂，可知G₁L₁=G×L₂，
即M₁gL₁=mgL₂，
所以直尺的質(zhì)量m=$\frac{{M}_{1}{L}_{1}}{{L}_{2}}$．
故答案為：（1）A；（2）僅憑一次實驗的數(shù)據(jù)得出的結論具有偶然性；（3）一；便于直接讀出力臂；＜（4）對；便于直接讀出力臂；（5）杠桿的自重影響了杠桿平衡條件的探究；（6）重心；右；$\frac{{M}_{1}{L}_{1}}{{L}_{2}}$．

點評 本題考查了杠桿平衡條件的應用，杠桿在水平位置平衡后，支點到力的作用點的距離就是力臂，因此在此實驗中我們應首先調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡．