Question

20．在探究“杠桿的平衡條件”實驗中，所用的實驗器材有：杠桿：（杠桿上每小格長為2cm）、支架、彈簧測力計、刻度尺、細線和質量相同的鉤碼若干個．

（1）實驗前，杠桿靜止在如圖甲所示的位置，此時杠桿處于平衡 （選填“平衡”或“不平衡”）狀態(tài)．
（2）實驗時，使杠桿在水平位置平衡，主要是為了便于測量力臂大小，因此應將如圖甲所示杠桿左端的平衡螺母適當往右 （選填“左”或“右”）調．
（3）杠桿在水平位置平衡后，小明在杠桿A點處掛上2個鉤碼，做為動力F₁，B點處掛上l個鉤碼，做為阻力F₂，杠桿恰好在水平位置平衡，如圖乙所示，分別測量出兩個力的力臂L₁和L₂，計算后發(fā)現(xiàn)：F₁L₁=F₂L₂，便得出杠桿的平衡條件是：F₁L₁=F₂L₂．但小紅認為小明這種實驗處理方法是不完善的，理由是沒有經過多次測量就得出結論，實驗沒有普遍性．
（4）接著，小明提出新的探究問題：“若支點不在杠桿的中點時，杠桿的平衡條件是否仍然成立？”于是小明利用如圖丙所示裝置進行探究，在杠桿D點處掛上2個鉤碼，用彈簧測力計在C點處豎直向上拉使杠桿在水平位置處于平衡狀態(tài)，此時彈簧測力計的示數如圖丙所示，則彈簧測力計的拉力是3.3 N．以彈簧測力計的拉力為動力F₁′，鉤碼重力為阻力F₂′，多次調整力和力臂的大小進行測量，發(fā)現(xiàn)：F₁′L₁′總是大于F₂′L₂′，其原因主要是受杠桿自重作用的影響．

（5）小明將圖丙中彈簧測力計拉力的作用點從C點移到E點，使杠桿仍在水平位置平衡，如圖丁所示，請推算：此時彈簧測力計的拉力是1.1 N．

Answer 1

分析 （1）杠桿處于靜止狀態(tài)或勻速轉動狀態(tài)時，杠桿處于平衡狀態(tài)；
（2）杠桿在水平位置平衡后，支點到力的作用點的距離就是力臂；在調節(jié)杠桿平衡時，應將平衡螺母向較高的一端調節(jié)；
（3）在探究性實驗中，應進行多次實驗，尋找普遍規(guī)律，避免結論的偶然性．
（4）彈簧測力計的拉力由圖讀出；
杠桿在水平位置平衡，力臂在杠桿上，便于測量力臂大小；杠桿的重心過支點，消除杠桿重對杠桿平衡的影響．
（5）首先根據杠桿的平衡條件F₁L₁=F₂L₂求得2個鉤碼的重力，再利用杠桿的平衡條件即可求得此時彈簧測力計的拉力．

解答 解：（1）杠桿靜止在如圖甲所示位置，杠桿靜止，此時杠桿處于平衡狀態(tài)；
（2）為了便于測量力臂，應使杠桿在水平位置平衡，由圖知，右端偏高，為使杠桿在水平位置平衡，需要將平衡螺母向右調節(jié)；
（3）小明僅憑一測量就得出杠桿平衡條件，這種實驗處理方法是不完善的，因為實驗次數過少，會導致實驗結論具有偶然性，應該改變動力或阻力的方向進行多次測量，尋找普遍規(guī)律，以避免偶然性．
（4）由圖可知，彈簧測力計的刻度值為0.1N，指針在3N以下三格處，示數為3.3N．
用如圖丙所示裝置進行探究，杠桿的重心沒有通過支點，杠桿的自重對杠桿平衡有影響．
（5）根據杠桿的平衡條件F₁L₁=F₂L₂可得：3.3N×4L=G×6L，
解得G=2.2N，
將圖丙中彈簧測力計拉力的作用點從C點移到E點，使杠桿仍在水平位置平衡，則F×12L=G×6L，即F×12L=2.2N×6L，
解得F=1.1N．
故答案為：（1）平衡；（2）力臂；右；（3）沒有經過多次測量就得出結論，實驗沒有普遍性；（4）3.3；杠桿自重；（5）1.1．

點評 本題考查了探究杠桿平衡條件的實驗過程，從原理到實際操作、實驗方法、數據分析等，考查較為全面，是我們應該掌握的重點實驗．