Question

【題目】如圖所示是小明和小紅利用刻度均勻的杠桿探究“杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)裝置。

（1）在實(shí)驗(yàn)前，杠桿靜止在圖甲所示的位置，此時(shí)杠桿處于_______（選填“平衡”或“不平衡”）狀態(tài)；調(diào)節(jié)平衡螺母使杠桿在水平位置平衡的目的是消除杠桿自重對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，同時(shí)方便___________；

（2）杠桿平衡后，小明在左右兩側(cè)分別掛上如圖乙所示的鉤碼，杠桿不能在水平位置平衡，在不增加鉤碼且不改變鉤碼懸掛點(diǎn)位置的前提下為了使杠桿重新在水平位置平衡，只需將____________即可；

（3）為獲得更多組數(shù)據(jù)，他們?nèi)∠掠覀?cè)鉤碼，小明和小紅分別設(shè)計(jì)了兩種實(shí)驗(yàn)方案，小明的方案如圖丙所示，小紅的方案如圖丁所示。你認(rèn)為__________（“小明”或“小紅”）的方案更合理，理由是___________；

（拓展）探究杠桿的平衡條件后，小明又利用杠桿測(cè)量了石塊的密度，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①將石塊懸掛在杠桿左側(cè)，通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)線長(zhǎng)度使石塊緩慢浸沒(méi)在下方裝滿(mǎn)水的溢水杯中（未觸底），同時(shí)用質(zhì)量忽略不計(jì)的薄塑料桶接住溢出的水；

②將薄塑料桶懸掛在杠桿右側(cè)，調(diào)節(jié)塑料桶的懸掛位置，使杠桿在水平方向平衡，如圖所示；

③測(cè)量出AB兩懸掛點(diǎn)距支點(diǎn)O的距離分別為10m和15cm，則石塊密度為___________kg/m3。

Answer 1

【答案】平衡 測(cè)量力臂 左側(cè)的鉤碼去掉一個(gè) 小明 排除測(cè)力計(jì)的重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響 2.5×103

【解析】

(1)[1]杠桿靜止時(shí)，無(wú)論桿身是否水平，都為杠桿的平衡狀態(tài)。

[2]杠桿在水平位置平衡，其力臂和桿身重合，可以方便測(cè)量力臂的大小。

(2)[3]在乙圖中，杠桿左右兩側(cè)所掛鉤碼的重力可分別視為動(dòng)力和阻力，兩側(cè)鉤碼的懸掛點(diǎn)可分別視為動(dòng)力臂和阻力臂，根據(jù)杠桿的平衡條件可知，只需將左側(cè)的鉤碼去掉一個(gè)即可滿(mǎn)足杠桿在水平位置平衡。

(3)[4][5]對(duì)比丙、丁兩圖可知，小明的實(shí)驗(yàn)方案更加理想；因?yàn)閺椈蓽y(cè)力計(jì)本身受到重力，小明的方案可以排除測(cè)力計(jì)的重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

(3)①[6]設(shè)石塊排開(kāi)的水的重力為，由阿基米德原理可知，石塊受到的浮力

水中的石塊為平衡狀態(tài)，故其對(duì)繩的拉力

根據(jù)杠桿和平衡條件可得

即

由上式整理可得

由于石塊排開(kāi)水的體積和石塊自身體積相等，所以上式可簡(jiǎn)化為

所以石塊的密度