Question

4．在探究杠桿的平衡條件時(shí)，同學(xué)們聯(lián)想玩蹺蹺板的游戲，決定要研究動(dòng)力對(duì)杠桿平衡的影響．他們將一個(gè)玩具“水藍(lán)藍(lán)”固定在杠桿一端的B點(diǎn)作為阻力，且保持阻力的大小、方向、作用點(diǎn)都不變，在杠桿的另一端用力使杠桿在水平位置平衡，并用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出動(dòng)力的大�。畬�(shí)驗(yàn)中，甲小組每次都保持動(dòng)力在豎直方向、只改變動(dòng)力作用點(diǎn)的位置，分別如圖（a）中的F₁、F₂、F₃所示；乙小組每次都保持動(dòng)力作用點(diǎn)的位置不變、改變動(dòng)力的方向（“動(dòng)力的方向”用OA連線跟動(dòng)力方向的夾角θ表示，且0°＜θ≤90°），分別如圖（b）中的F₄、F₅、F₆所示；表一、表二是兩小組同學(xué)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．

表一       甲小組				表二      乙小組
實(shí)驗(yàn) 序號(hào)	支點(diǎn)到動(dòng)力 作用點(diǎn)的距 離S （厘米）	動(dòng)力的方 向（夾角θ）	動(dòng)力的 大�。ㄅ＃�	實(shí)驗(yàn) 序號(hào)	支點(diǎn)到動(dòng)力 作用點(diǎn)的距 離S （厘米）	動(dòng)力的方 向（夾角θ）	動(dòng)力的 大�。ㄅ＃�
1	5	90°	6	4	15	30°	4
2	10	90°	3	5	15	45°	2.8
3	15	90°	2	6	15	90°	2

（1）分析比較表一中第二列和第四列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：作用在杠桿一端的阻力不變時(shí)，要使杠桿平衡，在動(dòng)力方向不變（θ=90°）的情況下，支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離S越大，動(dòng)力越�。�
（2）分析比較表二中第三列與第四列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：作用在杠桿一端的阻力不變時(shí)，要使杠桿平衡，在動(dòng)力作用點(diǎn)不變的情況下，改變動(dòng)力的方向，θ越大，動(dòng)力越小．
（3）進(jìn)一步綜合分析表一與表二中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及相關(guān)條件，可得出的初步結(jié)論是：作用在杠桿一端的阻力不變時(shí)，影響杠桿平衡的因素是動(dòng)力的大小、支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離．
（4）小華按照甲組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，把用彈簧測(cè)力計(jì)拉改為掛鉤碼做了上述實(shí)驗(yàn)，如圖（c）所示．發(fā)現(xiàn)每組數(shù)據(jù)都比甲組同學(xué)測(cè)得的數(shù)據(jù)要大，你知道是什么原因嗎？甲組同學(xué)沒有考慮到彈簧測(cè)力計(jì)的外殼受到的重力．

Answer 1

分析 （1）控制阻力不變，動(dòng)力方向不變（θ=90°），比較表一中第二列和第四列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離S與動(dòng)力的關(guān)系；
（2）控制阻力不變，動(dòng)力作用點(diǎn)不變，改變動(dòng)力的方向，觀察動(dòng)力的方向（夾角θ）與動(dòng)力的關(guān)系；
（3）綜合（1）（2）可得出作用在杠桿一端的阻力不變時(shí)，影響杠桿平衡的因素；
（4）在探究杠桿平衡條件時(shí)，應(yīng)考慮彈簧測(cè)力計(jì)的外殼的重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響．

解答 解：
（1）研究表一中第二列與第四列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即比較支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離S和動(dòng)力的大小可知，當(dāng)阻力不變時(shí)，杠桿平衡時(shí)動(dòng)力的大小與支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)之間的關(guān)系，且在動(dòng)力方向不變（θ=90°）的情況下，支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離S越大，動(dòng)力越小；
（2）研究表二中第三列與第四列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)不變時(shí)，改變動(dòng)力的方向，θ越大，動(dòng)力越小；
（3）綜合分析表一與表二中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及相關(guān)條件，我們可以得到：影響杠桿平衡時(shí)拉力的大小與動(dòng)力的大小、支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離有關(guān)．
（4）甲組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時(shí)用彈簧測(cè)力計(jì)拉，沒有考慮到彈簧測(cè)力計(jì)的外殼受到的重力，因此，把用彈簧測(cè)力計(jì)拉改為掛鉤碼做了上述實(shí)驗(yàn)，每組數(shù)據(jù)都比甲組同學(xué)測(cè)得的數(shù)據(jù)要大．
故答案：（1）支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離S越大，動(dòng)力越��；（2）第三列與第四列；（3）動(dòng)力的大小、支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離；（4）甲組同學(xué)沒有考慮到彈簧測(cè)力計(jì)的外殼受到的重力．

點(diǎn)評(píng) 此題為探究杠桿的平衡條件實(shí)驗(yàn)，解答此題的關(guān)鍵是控制變量法的應(yīng)用，物理學(xué)中對(duì)于多因素（多變量）的問題，常常采用控制因素（變量）的方法，把多因素的問題變成多個(gè)單因素的問題．每一次只改變其中的某一個(gè)因素，而控制其余幾個(gè)因素不變，從而研究被改變的這個(gè)因素對(duì)事物影響，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法．