Question

14．如圖1示，某小組研究“杠桿的平衡條件”，器材：有刻度的杠桿、若干個相同的鉤碼、彈簧測力計等，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杠桿力臂的大�。�調(diào)節(jié)時，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F2/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)是測量動力臂時讀錯了，動力臂的實(shí)際值比記錄值小（選填：大或�。�．
③如圖2所示，彈簧測力計在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短了（此時的力臂小于OC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，同時將一個“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根據(jù)杠桿平衡的條件F₁L₁=F₂L₂分別計算測力計傾斜前后兩狀態(tài)時拉力的大小，比較即可．
④如圖操作，左端有三個拉力，對應(yīng)的有三個力臂，要計算三個力與力臂的乘積，不符合杠桿一個動力、一個阻力的要求．
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，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，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�。�
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，所以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，所以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小．
③由題干可知：彈簧測力計在C處由豎直向上逐漸向右傾斜拉動杠桿時，杠桿受到的阻力和阻力臂不變，測力計的拉力方向改變，拉力的力臂L′小于豎直向上拉時的力臂L₁，=OC；
使杠桿在水平位置保持平衡，由杠桿平衡條件得：
F′=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{L′}$=；F₁=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{F}_{1}}$；
F′＞F₁；
即：則彈簧測力計的示數(shù)將變大，原因是該力的力臂變短了（此時的力臂小于OC了）．
④杠桿平衡后，右邊有一個力與力臂的乘積，而左邊有三個力與力臂的乘積，共有四個力與力臂的乘積，數(shù)目過多，計算不便．
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；杠桿力臂的大�。粚⑵胶饴菽赶蜃笳{(diào)； ②1、�。虎圩兇�；該力的力臂變短了（此時的力臂小于OC了）；④D；⑤10．

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時拉力等于杠桿的重力．