Question

2．小明和小紅一起做探究杠桿平衡條件的實驗：
（1）當桿杠靜止在圖甲所示的位置時，桿杠處于平衡（選填“平衡”或“不平衡”）狀態；如圖甲中，應將右端的平衡螺母向右（選填“左”或“右”）調節使杠桿在水平位置平衡，這樣做是為了便于測量力臂．
（2）小紅在杠桿的兩端加掛鉤碼，并移動鉤碼，使杠桿在水平位置平衡，如圖乙所示，
并測出力臂．多次實驗并把數據記錄在表格中．

次數	F1/N	l1/cm	F2/N	l2/cm
l	1	10	2	5
2	2	10	1	20
3	2	15	3	10

得出了杠桿平衡條件：“動力×動力臂=阻力×阻力臂”．但是小明按現有的方案操作卻得出如下結論：“動力×支點到動力作用點的距離=阻力×支點到阻力作用點的距離”這個結論與杠桿平衡條件不符，怎樣幫小明解決疑惑，接下來你可以通過B實驗步驟，測量相關數據．
A．改變力的大小
B．改用彈簧測力計改變力的方向
C．改變力的作用點
D．改變平衡螺母的位置從而讓杠桿在水平位置重新平衡
（3）小紅將圖乙中杠桿兩側的鉤碼各取下一個，杠桿將左側會下降．（選填“仍能平衡”“右側
下降”或“左側下降”）
（4）小紅還想探究當動力和阻力在杠桿同側時杠桿的平衡情況，于是她將杠桿左側的所有鉤碼拿掉，結果杠桿轉至豎直位置，如圖丙所示．小紅在A點施加一個始終水平向右的拉力F，卻發現無論用多大的力都不能將杠桿拉至水平位置平衡．你認為原因是水平位置的動力臂為零．
（5）接著，小明提出新的探究問題：“若支點不在杠桿的中點 時，杠桿的平衡條件是否仍然成立？”于是小明利用如圖丁所示裝置進行探究，在杠桿D點處掛上2個鉤碼，用彈簧測力計在C點處豎直向上拉使杠桿在水平位置處于平衡狀態，此時彈簧測力計的示數如圖所示，則彈簧測力計的拉力是3.3 N．以彈簧測力計的拉力為動力F₁′，鉤碼重力為阻力F₂′，多次調整力和力臂的大小進行測量，發現：F₁′L₁′總是    大于F₂′L₂′，其原因主要是受杠桿自重的影響．

（6）小明將圖丁中彈簧測力計拉力的作用點從C點移到E點，使杠桿仍在水平位置平衡，如圖戊所示，請推算：此時彈簧測力計的拉力是1.1 N．

Answer 1

分析 （1）杠桿處于靜止狀態或勻速轉動狀態都為杠桿的平衡狀態；在實驗中也必須使杠桿在水平位置平衡是為了便于測量力臂，實驗前，應首先進行杠桿平衡調節，根據杠桿的平衡條件，杠桿左、右兩端的螺母（或一端的螺母）向杠桿上翹的一端調節．
（2）從支點到動力作用線的垂直距離叫動力臂；從支點到阻力作用線的垂直距離叫阻力臂．
（3）用杠桿平衡條件可對兩側的力的力臂的乘積進行分析，最后做出判斷．
（4）分析拉力作用下其力臂變化情況，根據杠桿的平衡條件找到原因．
（5）認清測力計的量程和分度值，根據指針的位置讀數；杠桿在水平位置平衡，力臂在杠桿上，便于測量力臂大小；杠桿的重心過支點，消除杠桿重對杠桿平衡的影響；
（6）首先根據杠桿的平衡條件F₁L₁=F₂L₂求得2個鉤碼的重力，再利用杠桿的平衡條件即可求得此時彈簧測力計的拉力．

解答 解：（1）圖甲中實驗前沒掛鉤碼時，杠桿處于靜止的平衡狀態；發現杠桿右端上翹，調節時重心應向右移動，應將右端平衡螺母向右旋一些，使杠桿在水平位置平衡；在實驗中也必須使杠桿在水平位置平衡是為了便于測量力臂；
（2）“動力×支點到動力作用點的距離=阻力×支點到阻力作用點的距離”，是在杠桿在水平位置平衡且動力和阻力的方向都是豎直向下的條件下得出的，也就是實驗過程中沒有改變動力或阻力的方向．故選項A、C、D錯誤，選項B正確．
（3）設一個鉤碼的重力G，一格的長度為L，則當杠桿兩側的鉤碼各取下一個杠桿在水平位置平衡時：
左邊=2G×2L=4GL＞右邊=G×3L=3GL；
故杠桿不再水平平衡，左側會下降；
（4）在杠桿右側掛上鉤碼，在右端用測力計水平拉動，當杠桿拉到水平位置時拉力的力臂通過支點，即力臂為0，根據杠桿的平衡條件可知始終不能平衡；
（5）由圖可知，彈簧測力計的刻度值為0.1N，指針在3N以下三格處，示數為3.3N；
用如圖丁所示裝置進行探究，杠桿的重心沒有通過支點，杠桿的自重對杠桿平衡有影響；
（6）根據杠桿的平衡條件F₁L₁=F₂L₂可得：3.3N×4L=G×6L，
解得：G=2.2N，
將圖中彈簧測力計拉力的作用點從C點移到E點，使杠桿仍在水平位置平衡，則F×12L=G×6L，即F×12L=2.2N×6L，
解得F=1.1N．
故答案為：
（1）平衡；右；便于測量力臂； 
（2）B；
（3）左側會下降；
（4）水平位置的動力臂為零；
（5）3.3；杠桿自重；
（6）1.1．

點評 本題考查了探究杠桿平衡條件的實驗過程，從原理到實際操作、實驗方法、數據分析等，考查較為全面，是我們應該掌握的重點實驗．