Question

实验台上有如下实验器材：一个带支架的杠杆、一个量程为0～5N的弹簧测力计、七个质量均为100g的钩码和两段细绳．请利用上述实验器材设计一个实验，证明“在杠杆平衡时，如果动力臂和阻力臂保持不变，则动力的变化量跟阻力的变化量成正比”．
（1）在图所示的杠杆中，点A表示钩码悬挂在杠杆上的位置，请在合适的位置标出弹簧测力计施加拉力的作用点，用B表示．
（2）写出主要实验步骤，画出记录实验数据的表格．

Answer 1

答：（1）如图所示（答案不唯一）．
（2）实验步骤：
①用细绳做一个绳套，拴牢在杠杆的B位置处，调节杠杆使其水平平衡，把动力臂L_动、阻力臂L_阻记录在表格中．将弹簧测力计的指针调节到零刻度线位置．
②在A位置处挂1个钩码，在B位置处竖直向上拉弹簧测力计，使杠杆水平平衡，将所挂钩码的质量m₀、弹簧测力计示数F_动0记录在表格中．
③在A点处加挂1个钩码，在B点处竖直向上拉弹簧测力计，使杠杆水平平衡，将所挂钩码的总质量m₁、弹簧测力计示数F_动1记录在表格中．
④仿照步骤③，重复5次，每次在A点处加挂1个钩码，在B位置处竖直向上拉弹簧测力计，使杠杆水平平衡；将各次所挂钩码的总质量m₂～m₆、弹簧测力计示数F_动2～F_动6记录在表格中．
⑤根据F_阻=G_砝码=m_砝码g，分别算出每次施加在A位置的阻力大小F_阻0～F_阻6记录在表格中．
⑥分别算出实验中动力变化量△F_动1（F_动1-F_动0）～△F_动6（F_动6-F_动0）；分别算出与动力变化量对应的阻力变化量△F_阻1（F_阻1-F_阻0）～△F_动6（F_阻6-F_阻0）；将以上数据记录在表格中．
实验数据记录表格：

实验次数	1	2	3	4	5	6	7
动力臂L动/cm
阻力臂L阻/cm
钩码质量m/g
动力F动/N
阻力F阻/N
动力变化量△F动/N
阻力变化量△F阻/N

分析：每个钩码的质量都是100g，每个钩码在重力是1N，倘若7个钩码都挂在A处，弹簧测力计的量程是0～5N，把钩码看成阻力，把弹簧测力计施加的力看成动力，根据杠杆平衡条件得，动力臂最小为4.2个小格，所以弹簧测力计拉力作用点可以在支点右侧的第5格处任意整格处，为了使力臂在杠杆上，杠杆在水平位置平衡，弹簧测力计施加竖直向上的力．
在A处挂不同的钩码，计算阻力，在B处竖直向上拉动杠杆，测量动力．
分别计算阻力变化量和动力变化量，观察在动力臂和阻力臂不变时，动力变化量和阻力变化量的关系．
实验中为了使实验结论更具有普遍性，要进行多次实验．所以实验表格中要包括实验次数、动力臂、阻力臂、动力、阻力、动力变化量、阻力变化量、钩码质量．
点评：这个实验不只是验证杠杆平衡条件，而是探究动力臂、阻力臂不变时，动力变化量和阻力变化量之间的关系，对于学生来讲有很大的难度，尤其是表格的设计，更具有挑战性．