Question

16．探究有關(guān)杠桿平衡問題時(shí)

（1）第一小組先將杠桿調(diào)節(jié)至水平位置平衡，然后在杠桿左右兩側(cè)各掛如圖甲所示的鉤碼后，杠桿的左端下降．要使杠桿重新在水平位置平衡，在不改變鉤碼總數(shù)和懸掛點(diǎn)的位置，他們將怎樣操作將左側(cè)2個(gè)鉤碼取下掛到右側(cè)鉤碼下面即可．
（2）第二小組實(shí)驗(yàn)中，用如圖乙所示的方式懸掛鉤碼，杠桿也能在水平位置平衡（杠桿上每 格等距），但老師建議不宜采用這種方式，該種方式不足的主要是因?yàn)镃
A．一個(gè)人無(wú)法獨(dú)立操作                  B．力臂與杠桿不重合
C．力和力臂數(shù)目過多，不易得出結(jié)論          D．杠桿受力不平衡
（3）第三小組想探究當(dāng)動(dòng)力和阻力在杠桿同側(cè)時(shí)杠桿的平衡情況，于是將杠桿左側(cè)的所有鉤 碼拿掉，結(jié)果杠桿轉(zhuǎn)至豎直位置，如圖丙所示．同學(xué)們?cè)贘點(diǎn)施加一個(gè)始終水平向右的拉力F，卻發(fā)現(xiàn)無(wú)論用多大的力都不能將杠桿拉至水平位置平衡．你認(rèn)為原因是當(dāng)杠桿在水平位置時(shí)，動(dòng)力臂為零，杠桿無(wú)法平衡．
（4）第四小組想計(jì)算第三小組拉力做的功．測(cè)出水平向右的拉力F大小為10N，0A長(zhǎng)為20cm，第三小組將杠桿從豎直位置拉著轉(zhuǎn)過30°角的過程中，拉力做功為1 J．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖甲中左右兩側(cè)掛鉤碼后兩邊力與力臂的乘積大小，判斷杠桿的哪端下降；根據(jù)杠桿的平衡條件計(jì)算不改變鉤碼總數(shù)和懸掛點(diǎn)位置時(shí)，掛鉤碼情況；
（2）在初中階段，探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)，作用在杠桿上的力只有一個(gè)動(dòng)力和一個(gè)阻力，不探究多個(gè)動(dòng)力或阻力的作用下的杠桿平衡．
（3）分析F作用下其力臂變化情況，根據(jù)杠桿的平衡條件找到原因；
（4）分析并求出F在杠桿從豎直位置轉(zhuǎn)過30°的過程中F水平移動(dòng)距離，根據(jù)W=Fs計(jì)算拉力F做的功．

解答 解：
（1）若每個(gè)鉤碼重為G，杠桿上每格長(zhǎng)L，
由圖甲，左側(cè)力與力臂的乘積：5G×4L=20GL，
右側(cè)力與力臂的乘積：2G×3L=6GL，
因?yàn)椋?0GL＞6GL，所以杠桿左側(cè)下降；
如果不改變鉤碼總數(shù)和懸掛點(diǎn)位置，若要杠桿平衡，左側(cè)取下n個(gè)鉤碼掛到右側(cè)，
則：（5-n）G×4L=（2+n）G×3L，
解得：n=2，即需將左側(cè)2個(gè)鉤碼取下掛到右側(cè)鉤碼下面；
（2）實(shí)驗(yàn)中，如圖所示的方式懸掛鉤碼，杠桿平衡是杠桿的左側(cè)在多個(gè)力共同作用的結(jié)果，采用這種方式是不妥當(dāng)?shù)模�這主要是因?yàn)楦軛U的力和力臂數(shù)目過多，故選C．
（3）由圖將杠桿左側(cè)的所有鉤碼拿掉，在A點(diǎn)施加一個(gè)始終水平向右的拉力F，當(dāng)杠桿拉到水平位置時(shí)F的力臂通過支點(diǎn)，即力臂為0，根據(jù)杠桿的平衡條件所以始終不能平衡；
（4）由圖杠桿從豎直位置轉(zhuǎn)過30°的過程，F(xiàn)水平移動(dòng)距離為OA長(zhǎng)的一半，即s=$\frac{1}{2}$×20cm=10cm=0.1m，
所以拉力F做的功：W=Fs=10N×0.1m=1J．
故答案為：（1）左；（2）將左側(cè)2個(gè)鉤碼取下掛到右側(cè)鉤碼下面；（2）C；（3）當(dāng)杠桿在水平位置時(shí)，動(dòng)力臂為零，杠桿無(wú)法平衡；（4）1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查杠桿平衡條件實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問題分析和杠桿平衡條件運(yùn)用，關(guān)鍵是求出杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)30°時(shí)水平拉力F水平移動(dòng)距離．