Question

5．下面是小枫和小红同学在实验室探究“杠杆的平衡条件”的实验（实验中使用的每个钩码重0.5N）：

（1）实验前，将杠杆的中点置于支架上，发现杠杆在如图甲所示的位置，此时杠杆是（选填“是”或“否”）处于平衡状态．小枫将左端的平衡螺母向右调，小红认为也可以将右端的平衡螺母向右调（选填“右”或“左”），使杠杆在水平位置平衡．
（2）如图乙所示，若在B点处施加一个竖直向下的拉力F=3N时，杠杆仍在水平位置平衡．当拉力F向右倾斜时，仍要保持杠杆水平平衡，拉力F的大小将变大（选填“变大”、“变小”或“不变”）．
（3）在探究过程中，在杠杆左端某一固定位置挂总重G=2.5N的钩码，在杠杆右端不同位置处施加不同的竖直向下的力F，保证杠杆处于水平位置平衡状态．根据多次测量的力和力臂F、L数据，画出F和$\frac{1}{L}$的图线如图丙，由图丙可得出杠杆平衡条件是：F与L成反比．根据杠杆平衡条件，可求出其重力G的力臂是0.2m．
（4）在探究过程中，如图丁，在杠杆的右端挂重物G，在力臂为L的力F的作用下静止在图丁所示位置，请在图中做出力F的示意图．

Answer 1

分析 （1）杠杆处于静止状态或匀速转动状态时，杠杆处于平衡状态；调节杠杆在水平位置平衡，平衡螺母向上翘的一端移动．
（2）根据钩码个数与每个钩码的重力求出测力计拉力；当拉力F向右倾斜时，分析出力臂的变化结合杠杆的平衡条件判断力的变化．
（3）从图中观察是一条直线，所以是正比例函数图象，并要注意横坐标是力臂的倒数，所以力与力臂成反比．在计算重力G的力臂时要根据杠杆的平衡条件动力×动力臂=阻力×阻力臂，根据图表确定力F和力臂L，代入数据并可得出．
（4）根据力的作用线与力臂垂直的关系进行分析，先确定力的作用点，然后根据作用线的方向和为了使杠杆平衡确定力的方向．

解答 解：（1）杠杆静止在如图甲所示位置，杠杆处于静止状态，所以此时杠杆处于平衡状态；如图甲，杠杆的右端上翘，要使杠杆在水平位置平衡，平衡螺母向上翘的右端移动；
（2）设杠杆每个格的长度为L，每个钩码的重力为G，根据杠杆的平衡条件：F_AL_A=F_BL_B，即4G×3L=F_B×2L，解得F_B=6G，需挂6个钩码．
若在B点处施加一个竖直向下的拉力，则F_B=6G=6×0.5N=3N；
若拉力F向右倾斜时，此时F的力臂变短，根据杠杆的平衡条件，力变大．
（3）由图知，拉力F与其力臂的倒数$\frac{1}{L}$成正比，F与L成反比．当力F=2N时，其力臂的倒数为4m^-1，所以力臂为$\frac{1}{4}$m，
根据杠杆的平衡条件，G•L_G=F•L_F，
代入数据：2.5N×L_G=2N×$\frac{1}{4}$m，
解得L_G=0.2m．
（4）作垂直于力臂L的作用线，并且与杠杆的交点为动力作用点，然后过作用点作斜向下的力F．如图所示：

故答案为：（1）是；右；（2）3；变大；（3）反；0.2；（4）见上图．

点评 杠杆处于静止状态和匀速转动状态，杠杆都是平衡的．在探究杠杆平衡条件时，使杠杆在水平位置平衡，是为了便于在杠杆上读出动力臂和阻力臂．杠杆平衡条件是杠杆平衡计算的基础内容，一定要掌握．同时，还要学会杠杆力臂的画法等．