Question

20．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(shí)處于水平位置平衡．
發(fā)現(xiàn)一：小明在左側(cè)掛鉤上增加物體，可觀察到提紐左側(cè)下沉，他認(rèn)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(shí)現(xiàn)；
發(fā)現(xiàn)二：接著小新移動(dòng)秤砣使其恢復(fù)水平位置平衡，說明通過改變力臂的長(zhǎng)短也可以改變杠桿的平衡．那么，杠桿在滿足什么條件時(shí)才平衡呢？
制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：
實(shí)驗(yàn)前，輕質(zhì)杠桿處于如圖2所示的狀態(tài)，使用時(shí)，首先應(yīng)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(cè)量力臂，并能消除杠桿自身重力的影響．
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
如圖3所示，他們進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出杠桿的平衡條件是F₁L₁=F₂L₂．
拓展應(yīng)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(gè)費(fèi)力杠桿（選填“省力”、“費(fèi)力”或“等臂”），此杠桿的支點(diǎn)是圖中的C點(diǎn)．假如托起6N的重物，請(qǐng)你根據(jù)圖4所示，估算出手臂要用的動(dòng)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(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)中為了便于測(cè)量力臂，消除杠桿自身重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡，調(diào)節(jié)時(shí)，需將平衡螺母向上翹的一端一端；
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：分析三幅圖中力和對(duì)應(yīng)力臂的關(guān)系，得出杠桿的平衡條件F₁L₁=F₂L₂；
拓展應(yīng)用：做出動(dòng)力臂和阻力臂，根據(jù)力臂的關(guān)系判斷杠桿的省力情況；
確定支點(diǎn)，估計(jì)動(dòng)力臂和阻力臂的關(guān)系，根據(jù)杠桿的平衡條件估算出動(dòng)力的大�。�

解答 解：提出問題：小明在左側(cè)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(dòng)秤砣改變秤砣對(duì)桿力的力臂，使其恢復(fù)水平位置平衡，說明通過改變力臂的長(zhǎng)短也可以改變杠桿的平衡；
制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：圖2可知，杠桿的右端上翹，應(yīng)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(cè)量力臂，并能消除杠桿自身重力的影響；
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：圖3中，設(shè)每個(gè)鉤碼的重力為G，每個(gè)小格的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，分析三次實(shí)驗(yàn)，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(yīng)用：圖4中，支點(diǎn)在C點(diǎn)，做出杠桿所受的力及對(duì)應(yīng)的力臂，如下圖：

由圖知，動(dòng)力臂小于阻力臂，根據(jù)杠桿平衡條件，動(dòng)力大于阻力，為費(fèi)力杠桿；
由圖知，阻力臂大約為動(dòng)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(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：右；便于測(cè)量力臂，并能消除杠桿自身重力的影響；
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：F₁L₁=F₂L₂；
拓展應(yīng)用：費(fèi)力；C；48．

點(diǎn)評(píng) 本題是探究杠桿平衡條件實(shí)驗(yàn)，考查了對(duì)實(shí)驗(yàn)的探究過程掌握及對(duì)平衡條件的應(yīng)用，更有利于對(duì)杠桿平衡條件知識(shí)的理解．