Question

10．小明在做“探究杠杆平衡”的实验中，所用的器材有规格相同的钩码6只，弹簧测力计一只，杠杆及支架，细线，杠杆上每小格距离相等．
（1）小明将杠杆挂在支架上，发现杠杆左端下倾，若他调节杠杆右端的平衡螺母，应将该平衡螺母向右端调节，直到杠杆在水平位置平衡，其调节的目的是便于测量力臂长短．
（2）小明进行正确的实验操作后，得到的数据为F₁=3N、l₁=20cm、F₂=2N和l₂=30cm．该同学根据这些数据能否得出探究结论？不能．理由是：只测量了一组数据，得出的结论有偶然性．
（3）如图甲所示，小明在已调好的杠杆左端2格处挂了3只钩码，要使杠杆平衡，除可在杠杆右端第“2”格挂“3”只钩码外，也可以在右端第3格挂2只钩码来完成．
（4）若杠杆右端不挂钩码，改用弹簧测力计在左端第3格处拉杠杆使其平衡．则最小拉力的方向为竖直向上．
（5）如图乙，将弹簧测力计挂在杠杆右端第4格处向下方拉使杠杆平衡，当拉杠杆的力由向左下方逐渐变为向右下方拉的过程中，拉力的变化情况是以下选项中的D．（填选项符号）
A．逐渐变大    B．逐渐变小    C．先变大后变小    D．先变小后变大

Answer 1

分析 （1）探究杠杆平衡条件时，调节杠杆两端的平衡螺母，平衡螺母向上翘的一端移动，为了便于测量力臂，保持杠杆在水平位置平衡；
（2）为得到普遍性的结论，选用的样本要有代表性且数量足够多；
（3）根据杠杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，分析答题；
（4）杠杆在水平位置平衡，要使拉力最小，力臂应该最大，使力臂在杠杆上力臂最大．当杠杆在水平位置平衡，力竖直作用在杠杆上时，力臂在杠杆上．根据动力、阻力的定义确定动力的方向．
（5）首先分析力臂的变化，再根据杠杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，分析拉力的变化．

解答 解：（1）发现杠杆左端下沉，此时，应把杠杆右端的平衡螺母向右调节，使杠杆在不挂钩码时，在水平位置平衡．
因为重力的方向是竖直向下的，杠杆只有在水平位置平衡时，支点到力的作用线的距离才正好在杠杆上，也就是正好等于支点力的作用点的长，这样测量力臂长短会比较方便．
（2）他只测量了一组数据，实验次数太少，结论有偶然性，应测量多组数据，才能得到普遍性的结论；
设每个钩码重力是G，杠杆每格的长度是L，
（3）杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂：
3G×2L=6GL，因为只有6只钩码，且杠杆的长度最长只有5格，所以杠杆右端：2G×3L=6GL；
即在在右端第3个格挂2只钩码来完成．
（4）杠杆在水平位置平衡，力竖直作用在杠杆上，力臂最大，力最小．若杠杆右端不挂钩码，改用弹簧测力计在左端第3格处拉杠杆使其平衡．则最小拉力的方向为竖直方向，因阻力即钩码的重力有使杠杆逆时针转动的趋势，所以动力即拉力有使杠杆顺时针转动的趋势，即最小拉力的方向为竖直向上；
（5）当拉杠杆的力由向左下方逐渐变为向右下方拉的过程中，拉力的力臂逐渐变大；当拉力竖直向下时，力臂达到最大；当拉力逐渐变为向右下方拉的过程中，力臂又逐渐变小．综上所述力臂的变化情况是先变大后变小；
根据杠杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，可知杠杆左边的“阻力×阻力臂”不变，则右边的动力和动力臂成反比，力臂的变化情况是先变大后变小，所以拉力的变化是先变小后变大．
故答案为：
（1）右；便于直接读出力臂的长短；
（2）不能；只测量了一组数据，得出的结论有偶然性；
（3）3；  2；
（4）竖直向上；
（5）D

点评 本题探究杠杆平衡，考查实验器材的调节，力臂的概念、实验操作的过程，归纳法的运用及平衡条件的应用，是实验的常考问题．