Question

5．如圖1所示，某小組研究“杠桿的平衡條件”，器材：有刻度的杠桿、若干個(gè)相同的鉤碼、彈簧測(cè)力計(jì)等，O為杠桿的支點(diǎn)．

（1）實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)先調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡．這樣做，除了可以消除自身的重力影響，還可以方便地測(cè)量或讀出力臂大�。�調(diào)節(jié)時(shí)，如發(fā)現(xiàn)杠桿左端偏高，應(yīng)如何操作將平衡螺母（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．
（2）某實(shí)驗(yàn)小組記錄兩組數(shù)據(jù)如下：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	動(dòng)力F1/N	動(dòng)力臂l1/cm	阻力F2/N	阻力臂l2/cm
1	2	20	1	10
2	1	8	2	4

據(jù)分析這組數(shù)據(jù)中，實(shí)驗(yàn)序號(hào)為1（選填：“1”或“2”）的一組肯定有錯(cuò)誤．檢查發(fā)現(xiàn)是測(cè)量動(dòng)力臂時(shí)讀錯(cuò)了，動(dòng)力臂的實(shí)際值比記錄值�。ㄟx填：“大”或“小”）．
（3）如圖2所示，彈簧測(cè)力計(jì)在C處由豎直向上逐漸向右傾斜拉動(dòng)杠桿，仍使杠桿在水平位置保持平衡，則彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)將變大（選填：“變大”、“變小”或“保持不變”），其原因是拉力的力臂變小了．
（4）若某次實(shí)驗(yàn)采取如圖3所示的方式懸掛鉤碼，杠桿也能在水平位置保持平衡（杠桿上每格等距），但老師往往提醒大家不要采用這種方式，這主要是以下哪種原因D
A．一個(gè)人無(wú)法獨(dú)立操作    B．需要使用太多的鉤碼
C．力臂與杠桿不重合       D．力和力臂數(shù)目過(guò)多
（5）如圖4所示實(shí)驗(yàn)小組選用長(zhǎng)1.6m、粗細(xì)均勻的一只金屬桿，繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)將一個(gè)“拉力-位移傳感器”豎直作用在桿上，并使杠桿在水平位置始終保持平衡．該傳感器顯示其拉力F與作用點(diǎn)到O點(diǎn)距離x的變化關(guān)系如圖5所示．由圖可知金屬桿重10N．

Answer 1

分析 （1）探究杠桿平衡條件時(shí)，使杠桿在水平位置平衡，此時(shí)力與杠桿垂直，力臂的長(zhǎng)度可以直接從杠桿上讀出來(lái)；
（2）根據(jù)杠桿平衡條件進(jìn)行判斷；
（3）杠桿在水平位置平衡，阻力、阻力臂不變，彈簧測(cè)力計(jì)傾斜拉動(dòng)杠桿時(shí)，動(dòng)力臂變小，動(dòng)力變大；
（4）當(dāng)杠桿上掛多組鉤碼時(shí)，力和力臂增加，使實(shí)驗(yàn)復(fù)雜化，給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)難度；
（5）杠桿是粗細(xì)均勻的一只金屬桿，重心在杠桿的中點(diǎn)，根據(jù)圖象可知，當(dāng)x為0.8m時(shí)，動(dòng)力臂等于阻力臂，所以拉力與杠桿的重力相等．

解答 解：（1）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)，重力的力臂為零，可以消除杠桿自身重力影響，并且力的方向與杠桿垂直，此時(shí)的力臂正好在杠桿上，可以從杠桿標(biāo)尺刻度上直接讀出來(lái)．
如發(fā)現(xiàn)杠桿左端偏高，則重心應(yīng)向左移動(dòng)，故應(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．
（2）分析表中數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)序號(hào)1中，F(xiàn)₁L₁=2N×20cm=40N•cm；而F₂L₂=1N×10cm=10N•cm，所以F₁L₁≠F₂L₂，
因杠桿平衡，該組乘積不相等說(shuō)明數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤．
實(shí)驗(yàn)序號(hào)2中，F(xiàn)₁L₁=1N×8cm=8N•cm，而F₂L₂=2N×4cm=8N•cm，所以F₁L₁=F₂L₂，
因杠桿平衡，該組乘積相等說(shuō)明數(shù)據(jù)正確．
由F₁L_實(shí)=F₂L₂得，L_實(shí)=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{F}_{1}}$=$\frac{1N×10cm}{2N}$=5cm＜10cm，
即：動(dòng)力臂的實(shí)際值比表中的記錄值小．
（3）杠桿在水平位置平衡，阻力、阻力臂不變，彈簧測(cè)力計(jì)傾斜拉動(dòng)杠桿時(shí)，動(dòng)力臂變小，動(dòng)力變大，所以彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)會(huì)變大．
（4）當(dāng)杠桿上掛多組鉤碼時(shí)，力和力臂增加，雖然也能得出正確的結(jié)論，但是使實(shí)驗(yàn)復(fù)雜化，給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)難度；
如圖操作，杠桿平衡后，右邊有一個(gè)力與力臂的乘積，而左邊有三個(gè)力與力臂的乘積，共有四個(gè)力與力臂的乘積，數(shù)目過(guò)多，計(jì)算不便，故選D．
（5）粗細(xì)均勻的金屬桿長(zhǎng)為1.6m，則其重心在0.8m處，此處動(dòng)力臂等于阻力臂，由杠桿平衡條件可知，拉力的大小即為金屬桿的重，故重力為10N．
故答案為：（1）水平；力臂大��；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；
（2）1；�。�         
（3）變大；拉力的力臂變小了；
（4）D；
（5）10．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了杠桿平衡條件的應(yīng)用以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析能力，難度不大；解決與杠桿平衡條件相關(guān)問(wèn)題的基本方法：準(zhǔn)確找出題中杠桿的五要素，再將對(duì)應(yīng)的動(dòng)力和動(dòng)力臂、阻力和阻力臂代入杠桿平衡條件，即可求解．