Question

20．在探究“杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中，所用的實(shí)驗(yàn)器材有：杠桿：（杠桿上每小格長為2cm）、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，杠桿靜止在如圖甲所示的位置，此時(shí)杠桿處于平衡 （選填“平衡”或“不平衡”）狀態(tài)．
（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，使杠桿在水平位置平衡，主要是為了便于測(cè)量力臂大小，因此應(yīng)將如圖甲所示杠桿左端的平衡螺母適當(dāng)往右 （選填“左”或“右”）調(diào)．
（3）杠桿在水平位置平衡后，小明在杠桿A點(diǎn)處掛上2個(gè)鉤碼，做為動(dòng)力F₁，B點(diǎn)處掛上l個(gè)鉤碼，做為阻力F₂，杠桿恰好在水平位置平衡，如圖乙所示，分別測(cè)量出兩個(gè)力的力臂L₁和L₂，計(jì)算后發(fā)現(xiàn)：F₁L₁=F₂L₂，便得出杠桿的平衡條件是：F₁L₁=F₂L₂．但小紅認(rèn)為小明這種實(shí)驗(yàn)處理方法是不完善的，理由是沒有經(jīng)過多次測(cè)量就得出結(jié)論，實(shí)驗(yàn)沒有普遍性．
（4）接著，小明提出新的探究問題：“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？”于是小明利用如圖丙所示裝置進(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)如圖丙所示，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作用的影響．

（5）小明將圖丙中彈簧測(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，如圖丁所示，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)時(shí)，杠桿處于平衡狀態(tài)；
（2）杠桿在水平位置平衡后，支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離就是力臂；在調(diào)節(jié)杠桿平衡時(shí)，應(yīng)將平衡螺母向較高的一端調(diào)節(jié)；
（3）在探究性實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，尋找普遍規(guī)律，避免結(jié)論的偶然性．
（4）彈簧測(cè)力計(jì)的拉力由圖讀出；
杠桿在水平位置平衡，力臂在杠桿上，便于測(cè)量力臂大小；杠桿的重心過支點(diǎn)，消除杠桿重對(duì)杠桿平衡的影響．
（5）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）杠桿靜止在如圖甲所示位置，杠桿靜止，此時(shí)杠桿處于平衡狀態(tài)；
（2）為了便于測(cè)量力臂，應(yīng)使杠桿在水平位置平衡，由圖知，右端偏高，為使杠桿在水平位置平衡，需要將平衡螺母向右調(diào)節(jié)；
（3）小明僅憑一測(cè)量就得出杠桿平衡條件，這種實(shí)驗(yàn)處理方法是不完善的，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)次數(shù)過少，會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有偶然性，應(yīng)該改變動(dòng)力或阻力的方向進(jìn)行多次測(cè)量，尋找普遍規(guī)律，以避免偶然性．
（4）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．
用如圖丙所示裝置進(jìn)行探究，杠桿的重心沒有通過支點(diǎn)，杠桿的自重對(duì)杠桿平衡有影響．
（5）根據(jù)杠桿的平衡條件F₁L₁=F₂L₂可得：3.3N×4L=G×6L，
解得G=2.2N，
將圖丙中彈簧測(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；（2）力臂；右；（3）沒有經(jīng)過多次測(cè)量就得出結(jié)論，實(shí)驗(yàn)沒有普遍性；（4）3.3；杠桿自重；（5）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)．