Question

5．下面是小楓和小紅同學在實驗室探究“杠桿的平衡條件”的實驗（實驗中使用的每個鉤碼重0.5N）：

（1）實驗前，將杠桿的中點置于支架上，發(fā)現(xiàn)杠桿在如圖甲所示的位置，此時杠桿是（選填“是”或“否”）處于平衡狀態(tài)．小楓將左端的平衡螺母向右調，小紅認為也可以將右端的平衡螺母向右調（選填“右”或“左”），使杠桿在水平位置平衡．
（2）如圖乙所示，若在B點處施加一個豎直向下的拉力F=3N時，杠桿仍在水平位置平衡．當拉力F向右傾斜時，仍要保持杠桿水平平衡，拉力F的大小將變大（選填“變大”、“變小”或“不變”）．
（3）在探究過程中，在杠桿左端某一固定位置掛總重G=2.5N的鉤碼，在杠桿右端不同位置處施加不同的豎直向下的力F，保證杠桿處于水平位置平衡狀態(tài)．根據(jù)多次測量的力和力臂F、L數(shù)據(jù)，畫出F和$\frac{1}{L}$的圖線如圖丙，由圖丙可得出杠桿平衡條件是：F與L成反比．根據(jù)杠桿平衡條件，可求出其重力G的力臂是0.2m．
（4）在探究過程中，如圖丁，在杠桿的右端掛重物G，在力臂為L的力F的作用下靜止在圖丁所示位置，請在圖中做出力F的示意圖．

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)；調節(jié)杠桿在水平位置平衡，平衡螺母向上翹的一端移動．
（2）根據(jù)鉤碼個數(shù)與每個鉤碼的重力求出測力計拉力；當拉力F向右傾斜時，分析出力臂的變化結合杠桿的平衡條件判斷力的變化．
（3）從圖中觀察是一條直線，所以是正比例函數(shù)圖象，并要注意橫坐標是力臂的倒數(shù)，所以力與力臂成反比．在計算重力G的力臂時要根據(jù)杠桿的平衡條件動力×動力臂=阻力×阻力臂，根據(jù)圖表確定力F和力臂L，代入數(shù)據(jù)并可得出．
（4）根據(jù)力的作用線與力臂垂直的關系進行分析，先確定力的作用點，然后根據(jù)作用線的方向和為了使杠桿平衡確定力的方向．

解答 解：（1）杠桿靜止在如圖甲所示位置，杠桿處于靜止狀態(tài)，所以此時杠桿處于平衡狀態(tài)；如圖甲，杠桿的右端上翹，要使杠桿在水平位置平衡，平衡螺母向上翹的右端移動；
（2）設杠桿每個格的長度為L，每個鉤碼的重力為G，根據(jù)杠桿的平衡條件：F_AL_A=F_BL_B，即4G×3L=F_B×2L，解得F_B=6G，需掛6個鉤碼．
若在B點處施加一個豎直向下的拉力，則F_B=6G=6×0.5N=3N；
若拉力F向右傾斜時，此時F的力臂變短，根據(jù)杠桿的平衡條件，力變大．
（3）由圖知，拉力F與其力臂的倒數(shù)$\frac{1}{L}$成正比，F(xiàn)與L成反比．當力F=2N時，其力臂的倒數(shù)為4m^-1，所以力臂為$\frac{1}{4}$m，
根據(jù)杠桿的平衡條件，G•L_G=F•L_F，
代入數(shù)據(jù)：2.5N×L_G=2N×$\frac{1}{4}$m，
解得L_G=0.2m．
（4）作垂直于力臂L的作用線，并且與杠桿的交點為動力作用點，然后過作用點作斜向下的力F．如圖所示：

故答案為：（1）是；右；（2）3；變大；（3）反；0.2；（4）見上圖．

點評 杠桿處于靜止狀態(tài)和勻速轉動狀態(tài)，杠桿都是平衡的．在探究杠桿平衡條件時，使杠桿在水平位置平衡，是為了便于在杠桿上讀出動力臂和阻力臂．杠桿平衡條件是杠桿平衡計算的基礎內容，一定要掌握．同時，還要學會杠桿力臂的畫法等．