Question

19．如图甲所示小明在探究“杠杆的平衡条件”实验中所用的实验器材有：杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个．

（1）实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉．此时，应把杠杆两端的平衡螺母向左 （选填“左”或“右”）调节，使杠杆在不挂钩码时，保持水平并静止，达到平衡状态．
（2）杠杆调节平衡后，小明在杠杆上A点处挂4个钩码，在B点处挂6个钩码，杠杆恰好在原位置平衡．于是小明便得出了杠杆的平衡条件．老师指出他这样得出的结论不合理，这是因为通过一次测量得出结论，结论具有偶然性．
（3）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？”于是小明利用如图乙所示装置进行探究，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在原位置处于平衡状态时，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符．其原因是：杠杆自重给实验带来影响
（4）丙图中若测力计的示数与钩码重力相等，则测力计与杠杆之间的夹角等于30°（填锐角的度数），测力计在丙图中A点改变不同的角度时所用的最小拉力是$\frac{1}{2}$G（设钩码总重为G）．该实验还说明力臂应该是支点到力的作用线的距离．

Answer 1

分析 （1）杠杆左端下沉，说明杠杆的重心在支点左侧，调节平衡螺母应使杠杆重心右移，这一调节过程的目的是为了使杠杆的自重对杠杆平衡不产生影响；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；
（2）实验时，如果只用一组数据得到结论，偶然性太大，因此应获取多组实验数据归纳出物理规律；
（3）图乙中，支点位于动力和阻力的右侧，弹簧测力计不但提了钩码，而且还提了杠杆，杠杆的重力对杠杆转动产生了影响；
（4）根据杠杆平衡的条，F₁L₁=F₂L₂，分析动力臂和阻力臂的大小关系，然后三角形的知识求出测力计与杠杆之间的夹角；
弹簧测力计与杠杆垂直时，力臂在杠杆上，力臂最大，拉力最小，根据杠杆平衡的条，F₁L₁=F₂L₂，求出测力计在A点所用的最小拉力．

解答 解：
（1）当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉，杠杆重心右移，应将平衡螺母（左端和右端的均可）向左调节，使杠杆在不挂钩码时，保持水平并静止；
（2）杠杆的平衡条件是：动力×动力臂=阻力×阻力臂（或F₁L₁=F₂L₂），只通过一次测量，数据具有偶然性，不具备普遍性；
（3）图乙中，杠杆的重心不在支点上，杠杆的重力对杠杆转动产生了影响，导致拉力F的大小比由杠杆平衡条件计算出来的数值偏大；
（4）丙图中测力计的示数与钩码重力相等，说明动力臂与阻力臂相等，由图可知：

弹簧测力计拉力的力臂OB为支点O与拉力作用点A长度的一半，根据三角形的知识可知：测力计与杠杆之间的夹角为30°，
测力计在丙图中A点所用的最小拉力时，拉力与杠杆垂直，此时力臂的长度为OA；
假设杠杆的一个小格代表L，由杠杆平衡的条件，F₁L₁=F₂L₂，可得，
根据杠杠的平衡条件可知，弹簧测力计在A点的最小拉力为：F₁=$\frac{G×3L}{6L}$=$\frac{1}{2}$G．
故答案为：（1）左；水平；（2）通过一次测量得出结论，结论具有偶然性；（3）杠杆自重给实验带来影响；（4）30°；$\frac{1}{2}$G；作用线．

点评 （1）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；
（2）初中物理实验进行多次测量有些是为了求平均值，使测得的数据更准确，有些是为了寻找普遍规律，探究杠杆平衡的条件多次测量就是为了寻找普遍规律．