Question

12．物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)時，小美和小麗再探有關(guān)杠桿平衡的問題
（1）實(shí)驗(yàn)前沒有掛鉤碼時，杠桿右端下傾，為了使杠桿在水平位置平衡，則應(yīng)將左端的平衡螺母向左（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)，這樣做的目的：便于測量力臂．
（2）小美先將杠桿調(diào)節(jié)至水平位置平衡，在左右兩側(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，如果不改變鉤碼總數(shù)和懸掛點(diǎn)位置，只需將下左側(cè)2個鉤碼掛到右側(cè)鉤碼下方即可．
（3）小麗還想探究當(dāng)動力和阻力在杠桿同側(cè)時杠桿的平衡情況，于是她將杠桿左側(cè)的所有鉤碼拿掉，結(jié)果杠桿轉(zhuǎn)至豎直位置，如圖乙所示．小麗在A點(diǎn)施加一個始終水平向右的拉力F，卻發(fā)現(xiàn)無論用多大的力都不能將杠桿拉至水平位置平衡．你認(rèn)為原因是水平位置時動力臂為零杠桿無法平衡．
（4）他們認(rèn)為（2）問中拉力是做功的．如果水平向右的拉力F大小不變，OA長L，將杠桿從豎直位置拉著轉(zhuǎn)過30°的過程中，拉力F做功為$\frac{1}{2}$FL．

Answer 1

分析 （1）杠桿右端下沉，說明杠桿的重心在支點(diǎn)右側(cè)，調(diào)節(jié)平衡螺母應(yīng)使杠桿重心左移，這一調(diào)節(jié)過程的目的是為了使杠桿的自重對杠桿平衡不產(chǎn)生影響；杠桿在水平位置平衡時，力的方向與杠桿垂直，力臂的長度可以直接從杠桿上讀出來．
（2）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，掛鉤碼情況；
（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F在杠桿從豎直位置轉(zhuǎn)過30°的過程中F水平移動距離，根據(jù)W=Fs計(jì)算拉力F做的功．

解答 解：
（1）杠桿重心右移，應(yīng)將平衡螺母（左端和右端的均可）向左調(diào)節(jié)，直至杠桿在水平位置平衡，重心移到支點(diǎn)處，使杠桿重力的力臂為零，這樣就使杠桿自重對杠桿的平衡不產(chǎn)生影響；力臂等于支點(diǎn)到力的作用線的垂直距離，當(dāng)杠桿在水平位置平衡時，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，便于測量力臂．
（2）若每個鉤碼重為G，杠桿上每格長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個鉤碼掛到右側(cè)即可；
（3）由圖將杠桿左側(cè)的所有鉤碼拿掉，在A點(diǎn)施加一個始終水平向右的拉力F，當(dāng)杠桿拉到水平位置時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)水平移動距離為OA長的一半，即 $\frac{1}{2}$L，
所以拉力F做的功：W=F×$\frac{1}{2}$L=$\frac{1}{2}$FL．
故答案為：
（1）左；便于測量力臂；
（2）左；下左側(cè)2個鉤碼掛到右側(cè)鉤碼下方；
（3）水平位置時動力臂為零杠桿無法平衡；
（4）$\frac{1}{2}$FL．

點(diǎn)評 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30°時水平拉力F水平移動距離．