Question

15．在做“研究杠杆平衡条件”的实验时：
（1）把杠杆的中点支在架上，先调节平衡螺母，使杠杆水平平衡，这样做的目的是便于测量力臂．
（2）如图中甲和乙分别是两次实验的装置图示，实验中移动钩码使杠杆重新水平平衡目的是便于测量力臂．请根据装置图示把实验数据填入下表（杠杆每格长2cm，钩码每个重0.5N）．

实验次数	动力/N	动力臂/cm	动力×动力臂	阻力/N	阻力臂/cm	阻力×阻力臂
甲	1.5	3	4.5	0.5	9	4.5
乙	1	6	6	1.5	4	6

（3）以上实验得出的结论是F₁L₁=F₂L₂．
（4）做研究杠杆平衡条件实验时，小明调节杠杆平衡后，在杠杆左边挂两个钩码，每个钩码重为0.5N，并用弹簧测力计斜向上拉杠杆，如图丙所示，杠杆处于平衡状态，此时弹簧测力计读数大于2N．（填“大于”、“等于”或“小于”）
（5）如果在乙图中杠杆两边的钩码下面各增加一个大小相等的钩码，则杠杆左端下降．（填“左端下降”、“右端下降”、“仍然平衡”或“无法确定”）
（6）如果在乙图中杠杆两边的钩码同时浸入水中，则杠杆仍然平衡．（填“左端下降”、“右端下降”、“仍然平衡”或“无法确定”）

Answer 1

分析 （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，使杠杆在水平位置平衡的目的是为了便于测量力臂；
（2）杠杆在水平位置平衡，力臂在杠杆上便于测量力臂大小；根据图中钩码的质量、位置、个数和杠杆每格的长度，进行分析；
（3）杠杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，进行解答；
（4）在研究杠杆平衡条件的实验中，弹簧测力计应向竖直方向拉杠杆，这是为了保证力臂等于相应的杠杆的长，否则，力臂会变短，拉力会增大；
（5）原来杠杆平衡，是因为两边的力和力臂的乘积相等，现在把杠杆两边的钩码下面各增加一个大小相等的钩码，就要看现在的力和力臂的乘积是否相等，据此分析得出结论；
（6）掌握阿基米德原理，知道F_浮=ρ_液gV_排，由此得出两侧钩码浸没在水中后两端力和力臂的乘积，根据乘积的大小，判断杠杆的状态．

解答 解：
（1）在“探究杠杆的平衡条件”实验中，应先调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡，这样做是为了便于测量力臂；
（2）实验过程中，使杠杆在水平位置平衡，力臂在杠杆上便于测量力臂大小；
根据图中所挂钩码的个数及钩码所在位置，以及结合每个钩码的重力和每个格的长度，得出两次实验的数据为：L₁=3×2cm=6cm，F₁=3×0.5N=1.5N；
（3）通过分析实验数据，得出结论：动力×动力臂=阻力×阻力臂，即：F₁L₁=F₂L₂；
（4）设杠杆每一格长度为L，若测力计竖直向上拉动，由F₁L₁=F₂L₂得：
F₁=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{L}_{1}}$=$\frac{2×0.5N×4L}{2L}$=2N；
在弹簧测力计斜向上拉动，F₂L₂不变，L₁变小，所以F₁变大，则弹簧测力计的示数大于2N；
（5）设杠杆每一格长度为L，一个钩码的重力为G，
现在在杠杆两边的钩码下面各增加一个大小相等的钩码：
左边=3G×3L，右边=4G×2L，因为3G×3L＞4G×2L，所以杠杆不再平衡，左端下降；
（6）在调节平衡后的杠杆两侧，分别挂上相同规格的钩码，恰好能使杠杆在水平位置平衡；
设一个钩码的重力为G，体积为V，杠杆一个小格的长度为L；
如果将左侧2个钩码，右侧3个钩码同时分别浸没在水中，则左侧钩码排开水的体积是右侧钩码排开水的体积的$\frac{2}{3}$，由阿基米德原理F_浮=ρ_液gV_排可知，左侧钩码受到的浮力是右侧钩码受到浮力的$\frac{2}{3}$，则有：左端减少的力和力臂的乘积为：$\frac{2}{3}$ρ_水Vg×3L，
右端减少的力和力臂的乘积为：ρ_水Vg×2L，
故左端减少的力和力臂的乘积等于右端减少的力和力臂的乘积，因此杠杆仍然平衡．
故答案为：（1）平衡螺母；便于测量力臂；（2）便于测量力臂；6；1.5；（3）F₁L₁=F₂L₂；（4）大于；（5）左端下降；（6）仍然平衡．

点评 本题考查了学生对杠杠平衡及平衡条件的了解与掌握，在比较F₁L₁与F₂L₂的值的大小，若F₁L₁=F₂L₂，杠杆平衡；若F₁L₁≠F₂L₂，杠杆就不平衡．