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、若干個相同的鉤碼、彈簧測力計等，O為杠桿的支點．

（1）實驗前，應先調(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，還可以方便地測量或讀出力臂大�。�調(diào)節(jié)時，如發(fā)現(xiàn)杠桿左端偏高，應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）某實驗小組記錄兩組數(shù)據(jù)如下：

實驗序號	動力F1/N	動力臂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，實驗序號為1（選填：“1”或“2”）的一組肯定有錯誤．檢查發(fā)現(xiàn)是測量動力臂時讀錯了，動力臂的實際值比記錄值小（選填：“大”或“小”）．
（3）如圖2所示，彈簧測力計在C處由豎直向上逐漸向右傾斜拉動杠桿，仍使杠桿在水平位置保持平衡，則彈簧測力計的示數(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）若某次實驗采取如圖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．一個人無法獨立操作    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)目過多
（5）如圖4所示實驗小組選用長1.6m、粗細均勻的一只金屬桿，繞O點在豎直平面內(nèi)自由轉動，同時將一個“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與作用點到O點距離x的變化關系如圖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，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；
（2）根據(jù)杠桿平衡條件進行判斷；
（3）杠桿在水平位置平衡，阻力、阻力臂不變，彈簧測力計傾斜拉動杠桿時，動力臂變小，動力變大；
（4）當杠桿上掛多組鉤碼時，力和力臂增加，使實驗復雜化，給實驗帶來難度；
（5）杠桿是粗細均勻的一只金屬桿，重心在杠桿的中點，根據(jù)圖象可知，當x為0.8m時，動力臂等于阻力臂，所以拉力與杠桿的重力相等．

解答 解：（1）力臂等于支點到力的作用線的距離，當杠桿在水平位置平衡時，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，此時的力臂正好在杠桿上，可以從杠桿標尺刻度上直接讀出來．
如發(fā)現(xiàn)杠桿左端偏高，則重心應向左移動，故應將平衡螺母（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)：實驗序號1中，F(xiàn)₁L₁=2N×20cm=40N•cm；而F₂L₂=1N×10cm=10N•cm，所以F₁L₁≠F₂L₂，
因杠桿平衡，該組乘積不相等說明數(shù)據(jù)有錯誤．
實驗序號2中，F(xiàn)₁L₁=1N×8cm=8N•cm，而F₂L₂=2N×4cm=8N•cm，所以F₁L₁=F₂L₂，
因杠桿平衡，該組乘積相等說明數(shù)據(jù)正確．
由F₁L_實=F₂L₂得，L_實=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{F}_{1}}$=$\frac{1N×10cm}{2N}$=5cm＜10cm，
即：動力臂的實際值比表中的記錄值�。�
（3）杠桿在水平位置平衡，阻力、阻力臂不變，彈簧測力計傾斜拉動杠桿時，動力臂變小，動力變大，所以彈簧測力計示數(shù)會變大．
（4）當杠桿上掛多組鉤碼時，力和力臂增加，雖然也能得出正確的結論，但是使實驗復雜化，給實驗帶來難度；
如圖操作，杠桿平衡后，右邊有一個力與力臂的乘積，而左邊有三個力與力臂的乘積，共有四個力與力臂的乘積，數(shù)目過多，計算不便，故選D．
（5）粗細均勻的金屬桿長為1.6m，則其重心在0.8m處，此處動力臂等于阻力臂，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．

點評 本題考查了杠桿平衡條件的應用以及實驗數(shù)據(jù)的分析能力，難度不大；解決與杠桿平衡條件相關問題的基本方法：準確找出題中杠桿的五要素，再將對應的動力和動力臂、阻力和阻力臂代入杠桿平衡條件，即可求解．