Question

6．小明和小紅一起做探究杠桿平衡條件的實驗：
（1）實驗前，將杠桿的中點置于支架上，當(dāng)杠桿靜止時發(fā)現(xiàn)杠桿左端下傾，如圖甲所示，則他們應(yīng)該將杠桿右端的平衡螺母向右（選填“右”或“左”） 調(diào)，使杠桿在水平位置平衡．

（2）在杠桿的兩端加掛鉤碼，并移動鉤碼，使杠桿在水平位置平衡，如圖乙所示，并測出力臂．多次實驗并把數(shù)據(jù)記錄在表格中．實驗時使杠桿在水平位置平衡的目的是：便于測量力臂．

次數(shù)	F1/N	l1/cm	F2/N	l2/cm
1	1	10	2	5
2	2	10	1	20
3	2	15	3	10

（3）小明根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出杠桿的平衡條件是動力×動力臂=阻力×阻力臂（或F₁L₁=F₂L₂）．
（4）小紅將圖乙中杠桿兩側(cè)的鉤碼各取下一個，杠桿將左側(cè)下降（選填“仍能平衡”“右側(cè)下降”或“左側(cè)下降”）．
（5）小紅還想探究當(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，如圖丙所示．小紅在A點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．
你認為原因是水平位置時，動力臂為0，杠桿無法平衡．
（6）他們認為 （5）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左側(cè)，調(diào)節(jié)平衡螺母應(yīng)使杠桿重心右移；
（2）使杠桿在水平位置平衡，此時力與杠桿垂直，力臂的長度可以直接從杠桿上讀出來．實驗時，如果只用一組數(shù)據(jù)得到結(jié)論，偶然性太大，因此應(yīng)獲取多組實驗數(shù)據(jù)歸納出物理規(guī)律；
（3）杠桿平衡的條件是：動力×動力臂=阻力×阻力臂；
（4）當(dāng)左右兩側(cè)力與力臂的乘積不相等時，杠桿會轉(zhuǎn)動，直到在新的位置找到平衡；
（5）分析拉力作用下其力臂變化情況，根據(jù)杠桿的平衡條件找到原因．
（6）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計算拉力F做的功．

解答 解：
（1）杠桿左端下沉，應(yīng)將杠桿重心向右移，所以應(yīng)將兩端的平衡螺母（左端和右端的均可）向右調(diào)節(jié)；
（2）力臂等于支點到力的作用線的距離，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．
（3）根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出杠桿平衡的條件是：動力×動力臂=阻力×阻力臂 （或F₁L₁=F₂L₂）
（4）設(shè)每個鉤碼的重量為G，杠桿每一小格為L，根據(jù)杠桿平衡條件F₁L₁=F₂L₂得：
杠桿在水平位置平衡時：左邊=3G×2L=6GL；
右邊=2G×3L=6GL；
如果在兩側(cè)鉤碼下再各取下一個相同的鉤碼后：左邊=2G×2L=4GL；
右邊=G×3L=3GL；
杠桿不再水平平衡，左邊會下沉．
（5）在杠桿右側(cè)掛上鉤碼，在右端用測力計水平拉動，當(dāng)杠桿拉到水平位置時拉力的力臂通過支點，即力臂為0，根據(jù)杠桿的平衡條件可知始終不能平衡．
（6）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）右；（2）便于測量力臂；（3）動力×動力臂=阻力×阻力臂（或F₁L₁=F₂L₂）；（4）左側(cè)下降；（5）水平位置時，動力臂為0，杠桿無法平衡；（6）$\frac{1}{2}$FL．

點評 本題考查杠桿平衡條件實驗中出現(xiàn)問題分析和杠桿平衡條件運用，關(guān)鍵是求出杠桿轉(zhuǎn)動30°時水平拉力F水平移動距離．