Question

9．探究杠杆的平衡条件

【提出问题】如图1所示，是一种常见的杆秤．此时处于水平位置平衡．
发现一：小明在左侧挂钩上增加物体，可观察到提纽左侧下沉，他认为改变杠杆的水平平衡可以通过改变作用在杠杆上的力来实现；
发现二：接着小新移动秤砣使其恢复水平位置平衡，说明通过改变力臂的长短也可以改变杠杆的平衡．
那么，杠杆在满足什么条件时才平衡呢？
【制定计划与设计实验】
实验前，轻质杠杆处于如图2所示的状态，使用时，首先应将杠杆的平衡螺母向右（选填“左”或“右”）调节，使杠杆处于水平位置平衡，这样做的好处是便于测量力臂，并能消除杠杆自身重力的影响．
【实验结论】如图3所示，他们进行了三次实验，对实验数据进行分析，得出杠杆的平衡条件是F₁L₁=F₂L₂．
【拓展应用】如图4所示，是用手托起重物的示意图，图中前臂可以看作是一个费力杠杆（选填“省力”、“费力”或“等臂”），此杠杆的支点是图中的C点．假如托起6N的重物，请你根据图4所示，估算出手臂要用的动力大约是48N．

Answer 1

分析 【提出问题】根据杠杆的平衡条件：F₁L₁=F₂L₂，改变杠杆所受的力及其力臂，都可以改变力和力臂的乘积；
【制定计划与设计实验】实验中为了便于测量力臂，消除杠杆自身重力对实验的影响，应调节杠杆在水平位置平衡，调节时，需将平衡螺母向上翘的一端一端；
【实验结论】分析三幅图中力和对应力臂的关系，得出杠杆的平衡条件F₁L₁=F₂L₂；
【拓展应用】做出动力臂和阻力臂，根据力臂的关系判断杠杆的省力情况；
确定支点，估计动力臂和阻力臂的关系，根据杠杆的平衡条件估算出动力的大小．

解答 解：【提出问题】小明在左侧挂钩上增加物体，改变了杠杆所受的力，改变了杠杆的平衡；
小新移动秤砣改变秤砣对杆力的力臂，使其恢复水平位置平衡，说明通过改变力臂的长短也可以改变杠杆的平衡；
【制定计划与设计实验】图2可知，杠杆的右端上翘，应将杠杆的平衡螺母向右调节，使杠杆处于水平位置平衡，这样做便于测量力臂，并能消除杠杆自身重力的影响；
【实验结论】图3，设每个钩码的重力为G，每个小格的长度为L，分析三次实验，甲图：3G×3L=3G×3L；
乙图：3G×2L=2G×3L；丙图：4G×L=2G×2L；可得杠杆的平衡条件是：F₁L₁=F₂L₂；
【拓展应用】图4中，支点在C点，做出杠杆所受的力及对应的力臂，如下图：

由图知，动力臂小于阻力臂，根据杠杆平衡条件，动力大于阻力，为费力杠杆；
由图知，阻力臂大约为动力臂的8倍，根据杠杆平衡条件：
F₁=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{L}_{1}}$=8F₂=8×6N=48N．
故答案为：【提出问题】力；力臂；
【制定计划与设计实验】右；便于测量力臂，并能消除杠杆自身重力的影响；
【实验结论】F₁L₁=F₂L₂；
【拓展应用】费力；C；48．

点评 本题是探究杠杆平衡条件实验，考查了对实验的探究过程掌握及对平衡条件的应用，更有利于对杠杆平衡条件知识的理解．