Question

7．小明在探究杠杆的平衡条件的实验中，以杠杆中点为支点．

（1）在调节杠杆平衡时，小明发现杠杆右端低左端高，要使它在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向A（A、左/B、右）调节．
（2）如图甲所示，杠杆在水平位置平衡，记录数据．根据这一次实验数据，小明立即分析得出杠杆的平衡条件，小明这种做法的不足是：仅凭一次实验的数据得出的结论具有偶然性．
（3）如图乙所示，小明设计了两种实验方案：第一种弹簧测力计沿竖直方向拉，其读数为F₁；第二种弹簧测力计倾斜拉，其读数为F₂．第一（一/二）种实验方案更方便，理由是：便于直接读出力臂．两次弹簧测力计读数F_1＜（＜/=/＞）F₂．
（4）杠杆不处于水平位置能否平衡？小海和小红意见不同．小海认为能平衡，于是他每次让杠杆倾斜时静止，这样实验也得出了同样的杠杆平衡条件．小海认为杠杆平衡不一定是水平的，这种说法对吗？√（对/错），小红仔细研究后发现自己的在水平位置实验的方案比小海好，请你说出小红的理由：便于直接读出力臂．
（5）实验结束后，小明提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成立？”于是小组同学利用如图丙所示装置进行探究，发现在杠杆左端的不同位置，用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于水平平衡时，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符．其原因可能是：杠杆的自重影响了杠杆平衡条件的探究．
（6）某同学想利用杠杆的平衡条件来测量刻度尺的质量．实验步骤如下：
步骤一：将刻度尺平放在支座上，左右移动刻度尺，找出能够使刻度尺在水平位置保持平衡的支点位置，记下这个位置A，它就是刻度尺的重心；步骤二：如图丁所示，将质量为M₁的物体挂在刻度尺左边某一位置，向右（左/右）移动刻度尺，直到刻度尺能够在支座上重新保持水平平衡．物体悬挂点到支座的距离L₁和刻度尺的A点到支座的距离L₂；步骤三：根据杠杆的平衡条件，可以计算出刻度尺的质量m=$\frac{{M}_{1}{L}_{1}}{{L}_{2}}$（用题目中所给物理量表示）．

Answer 1

分析 （1）在调节杠杆平衡时，应将平衡螺母向较高的一端调节；为了便于测量力臂，应使杠杆在水平位置平衡；
（2）初中物理用实验探究物理问题时要进行多次实验，有的是为了多次测量求平均值来减小误差；有的是多次测量发现变化规律；有的是为了使实验结论具有普遍性；
（3）杠杆的平衡条件是：F₁L₁=F₂L₂；探究杠杆平衡条件时，使杠杆在水平位置平衡，此时力的方向与杠杆垂直，力臂的长度可以直接从杠杆上读出来；
（4）杠杆在水平位置平衡时，力的方向与杠杆垂直，力臂的长度可以直接从杠杆上读出来．
（5）杠杆的重力对杠杆能产生影响．
（6）此题的关键在于找出中心，并知道第二次平衡后，中心到支点的位置为直尺重力的力臂，根据杠杆平衡的条件可求出直尺的质量．

解答 解：（1）右端低左端高，应将平衡螺母向较高的一端调节，应将杠杆右端的平衡螺母向左端调节，使杠杆在水平位置平衡；
（2）只有一次实验总结实验结论是不合理的，一次实验很具有偶然性，要多进行几次实验，避免偶然性；
（3）力臂等于支点到力的作用线的距离，当杠杆在水平位置平衡时，力的方向与杠杆垂直，力臂可以从杠杆标尺刻度上直接读出来，因此第一种实验方案更方便，此时弹簧测力计的拉力与杠杆垂直，能从杠杆上直接读力臂；因为第一方案的动力臂要大于第二种方案的动力臂，根据杠杆的平衡条件，在阻力和阻力臂都相同的情况下，动力臂越大的越省力，所以，F₁＜F₂；
（4）杠杆处于静止状态或匀速转动状态都叫杠杆平衡，所以小海的说法是对的；
力臂等于支点到力的作用线的距离，在小红的实验方案中，当杠杆在水平位置平衡时，力的方向与杠杆垂直，力臂可以从杠杆标尺刻度上直接读出来．而小海实验方案中的力臂不便于测量，所以，小红的实验方案好．
（5）图丙中，杠杆的重心不在支点上，杠杆的重力对杠杆产生了影响，导致测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符．
（6）步骤一：从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心．当直尺平放在刀口（支点）上，平衡后，此处为重心；
步骤二：由于原来处于平衡，将质量为M₁的物体挂在刻度尺左边某一位置，则杠杆会左端下降，
所以根据F₁L₁与F₂L₂可知：在F₁、L₂不变的条件下，需要增加L₂，L₁减小，即向右移动刻度尺．
步骤三：根据杠杆平衡的条件动力×动力臂=阻力×阻力臂，可知G₁L₁=G×L₂，
即M₁gL₁=mgL₂，
所以直尺的质量m=$\frac{{M}_{1}{L}_{1}}{{L}_{2}}$．
故答案为：（1）A；（2）仅凭一次实验的数据得出的结论具有偶然性；（3）一；便于直接读出力臂；＜（4）对；便于直接读出力臂；（5）杠杆的自重影响了杠杆平衡条件的探究；（6）重心；右；$\frac{{M}_{1}{L}_{1}}{{L}_{2}}$．

点评 本题考查了杠杆平衡条件的应用，杠杆在水平位置平衡后，支点到力的作用点的距离就是力臂，因此在此实验中我们应首先调节杠杆在水平位置平衡．