Question

7．小明在探究杠桿的平衡條件的實(shí)驗(yàn)中，以杠桿中點(diǎn)為支點(diǎn)．

（1）在調(diào)節(jié)杠桿平衡時(shí)，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(yīng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)得出的結(jié)論具有偶然性．
（3）如圖乙所示，小明設(shè)計(jì)了兩種實(shí)驗(yàn)方案：第一種彈簧測(cè)力計(jì)沿豎直方向拉，其讀數(shù)為F₁；第二種彈簧測(cè)力計(jì)傾斜拉，其讀數(shù)為F₂．第一（一/二）種實(shí)驗(yàn)方案更方便，理由是：便于直接讀出力臂．兩次彈簧測(cè)力計(jì)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(rèn)為能平衡，于是他每次讓杠桿傾斜時(shí)靜止，這樣實(shí)驗(yàn)也得出了同樣的杠桿平衡條件．小海認(rèn)為杠桿平衡不一定是水平的，這種說法對(duì)嗎？√（對(duì)/錯(cuò)），小紅仔細(xì)研究后發(fā)現(xiàn)自己的在水平位置實(shí)驗(yàn)的方案比小海好，請(qǐng)你說出小紅的理由：便于直接讀出力臂．
（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小明提出了新的探究問題：“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？”于是小組同學(xué)利用如圖丙所示裝置進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)在杠桿左端的不同位置，用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上拉使杠桿處于水平平衡時(shí)，測(cè)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(xué)想利用杠桿的平衡條件來測(cè)量刻度尺的質(zhì)量．實(shí)驗(yàn)步驟如下：
步驟一：將刻度尺平放在支座上，左右移動(dòng)刻度尺，找出能夠使刻度尺在水平位置保持平衡的支點(diǎn)位置，記下這個(gè)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(dòng)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(diǎn)到支座的距離L₁和刻度尺的A點(diǎn)到支座的距離L₂；步驟三：根據(jù)杠桿的平衡條件，可以計(jì)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(shí)，應(yīng)將平衡螺母向較高的一端調(diào)節(jié)；為了便于測(cè)量力臂，應(yīng)使杠桿在水平位置平衡；
（2）初中物理用實(shí)驗(yàn)探究物理問題時(shí)要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，有的是為了多次測(cè)量求平均值來減小誤差；有的是多次測(cè)量發(fā)現(xiàn)變化規(guī)律；有的是為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)，使杠桿在水平位置平衡，此時(shí)力的方向與杠桿垂直，力臂的長(zhǎng)度可以直接從杠桿上讀出來；
（4）杠桿在水平位置平衡時(shí)，力的方向與杠桿垂直，力臂的長(zhǎng)度可以直接從杠桿上讀出來．
（5）杠桿的重力對(duì)杠桿能產(chǎn)生影響．
（6）此題的關(guān)鍵在于找出中心，并知道第二次平衡后，中心到支點(diǎn)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(yīng)將平衡螺母向較高的一端調(diào)節(jié)，應(yīng)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(shí)驗(yàn)總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論是不合理的，一次實(shí)驗(yàn)很具有偶然性，要多進(jìn)行幾次實(shí)驗(yàn)，避免偶然性；
（3）力臂等于支點(diǎn)到力的作用線的距離，當(dāng)杠桿在水平位置平衡時(shí)，力的方向與杠桿垂直，力臂可以從杠桿標(biāo)尺刻度上直接讀出來，因此第一種實(shí)驗(yàn)方案更方便，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力與杠桿垂直，能從杠桿上直接讀力臂；因?yàn)榈谝环桨傅膭?dòng)力臂要大于第二種方案的動(dòng)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(dòng)力臂越大的越省力，所以，F(xiàn)₁＜F₂；
（4）杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)都叫杠桿平衡，所以小海的說法是對(duì)的；
力臂等于支點(diǎn)到力的作用線的距離，在小紅的實(shí)驗(yàn)方案中，當(dāng)杠桿在水平位置平衡時(shí)，力的方向與杠桿垂直，力臂可以從杠桿標(biāo)尺刻度上直接讀出來．而小海實(shí)驗(yàn)方案中的力臂不便于測(cè)量，所以，小紅的實(shí)驗(yàn)方案好．
（5）圖丙中，杠桿的重心不在支點(diǎn)上，杠桿的重力對(duì)杠桿產(chǎn)生了影響，導(dǎo)致測(cè)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(rèn)為各部分受到的重力作用集中于一點(diǎn)，這一點(diǎn)叫做物體的重心．當(dāng)直尺平放在刀口（支點(diǎn)）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(huì)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(dòng)刻度尺．
步驟三：根據(jù)杠桿平衡的條件動(dòng)力×動(dòng)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(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)得出的結(jié)論具有偶然性；（3）一；便于直接讀出力臂；＜（4）對(duì)；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(diǎn)評(píng) 本題考查了杠桿平衡條件的應(yīng)用，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，因此在此實(shí)驗(yàn)中我們應(yīng)首先調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡．