Question

9．探究杠桿的平衡條件

【提出問題】如圖1所示，是一種常見的桿秤．此時處于水平位置平衡．
發(fā)現(xiàn)一：小明在左側掛鉤上增加物體，可觀察到提紐左側下沉，他認為改變杠桿的水平平衡可以通過改變作用在杠桿上的力來實現(xiàn)；
發(fā)現(xiàn)二：接著小新移動秤砣使其恢復水平位置平衡，說明通過改變力臂的長短也可以改變杠桿的平衡．
那么，杠桿在滿足什么條件時才平衡呢？
【制定計劃與設計實驗】
實驗前，輕質杠桿處于如圖2所示的狀態(tài)，使用時，首先應將杠桿的平衡螺母向右（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)，使杠桿處于水平位置平衡，這樣做的好處是便于測量力臂，并能消除杠桿自身重力的影響．
【實驗結論】如圖3所示，他們進行了三次實驗，對實驗數(shù)據(jù)進行分析，得出杠桿的平衡條件是F₁L₁=F₂L₂．
【拓展應用】如圖4所示，是用手托起重物的示意圖，圖中前臂可以看作是一個費力杠桿（選填“省力”、“費力”或“等臂”），此杠桿的支點是圖中的C點．假如托起6N的重物，請你根據(jù)圖4所示，估算出手臂要用的動力大約是48N．

Answer 1

分析 【提出問題】根據(jù)杠桿的平衡條件：F₁L₁=F₂L₂，改變杠桿所受的力及其力臂，都可以改變力和力臂的乘積；
【制定計劃與設計實驗】實驗中為了便于測量力臂，消除杠桿自身重力對實驗的影響，應調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡，調(diào)節(jié)時，需將平衡螺母向上翹的一端一端；
【實驗結論】分析三幅圖中力和對應力臂的關系，得出杠桿的平衡條件F₁L₁=F₂L₂；
【拓展應用】做出動力臂和阻力臂，根據(jù)力臂的關系判斷杠桿的省力情況；
確定支點，估計動力臂和阻力臂的關系，根據(jù)杠桿的平衡條件估算出動力的大�。�

解答 解：【提出問題】小明在左側掛鉤上增加物體，改變了杠桿所受的力，改變了杠桿的平衡；
小新移動秤砣改變秤砣對桿力的力臂，使其恢復水平位置平衡，說明通過改變力臂的長短也可以改變杠桿的平衡；
【制定計劃與設計實驗】圖2可知，杠桿的右端上翹，應將杠桿的平衡螺母向右調(diào)節(jié)，使杠桿處于水平位置平衡，這樣做便于測量力臂，并能消除杠桿自身重力的影響；
【實驗結論】圖3，設每個鉤碼的重力為G，每個小格的長度為L，分析三次實驗，甲圖：3G×3L=3G×3L；
乙圖：3G×2L=2G×3L；丙圖：4G×L=2G×2L；可得杠桿的平衡條件是：F₁L₁=F₂L₂；
【拓展應用】圖4中，支點在C點，做出杠桿所受的力及對應的力臂，如下圖：

由圖知，動力臂小于阻力臂，根據(jù)杠桿平衡條件，動力大于阻力，為費力杠桿；
由圖知，阻力臂大約為動力臂的8倍，根據(jù)杠桿平衡條件：
F₁=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{L}_{1}}$=8F₂=8×6N=48N．
故答案為：【提出問題】力；力臂；
【制定計劃與設計實驗】右；便于測量力臂，并能消除杠桿自身重力的影響；
【實驗結論】F₁L₁=F₂L₂；
【拓展應用】費力；C；48．

點評 本題是探究杠桿平衡條件實驗，考查了對實驗的探究過程掌握及對平衡條件的應用，更有利于對杠桿平衡條件知識的理解．