Question

20．某同学在做“研究杠杆平衡条件”的实验进行了如下实验步骤．
a．把杠杆的中点支在支架上；
b．把钩码挂在杠杆的两边，改变钩码的位置使杠杆水平平衡；
c．记下两边的钩码的重，用尺量出它们的力臂，记下实验数据；
d．改变力和力臂数值，做三次实验．
e．求出各次实验的动力乘以动力臂和阻力乘以阻力臂数值．
（1）请你指出该同学在b步操作之前漏掉了一个重要步骤，这个步骤是调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡．
（2）如果实验中所用钩码的质量都相等，如果在如图甲图示，杠杆的B处应该挂4个钩码，才能使
杠杆在水平位置平衡．
（3）如果在C点改用弹簧测力计拉，为了使杠杆在水平位置平衡时弹簧测力计的示数最小，应沿竖直向上方向拉．
（4）如果按如图乙图示把弹簧测力计斜拉，且拉环固定在支架上，水平平衡时要读出弹簧测力计示数，如果此时在A点的钩码下方再挂一个钩码，为了再次使杠杆平衡，且弹簧测力计示数不变，应将悬点E向上（选填“上”或“下”）移动．
（5）将杠杆平衡的物理知识和研究方法用到斜拉索式大桥，如图丙所示，若将大桥结构进行简化，取其主要部分就可以抽象成如图丙所示模型，为了减少钢索承受力F，可行的方法是提高桥塔的高度（写出一种即可）

Answer 1

分析 （1）探究杠杆平衡条件的实验时，首先把杠杆支在支架上，然后调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡，最后才挂钩码进行探究．
（2）设杠杆的分度值是1cm，钩码的重力是G，根据杠杆平衡条件判断钩码的数量．
（3）要使力最小，应该使力臂最大，杠杆在水平位置平衡，力竖直作用在杠杆上，力臂最大．
根据阻力阻碍杠杆转动，动力促使杠杆转动，判断动力的方向．
（4）杠杆都在水平位置平衡，当弹簧测力计倾斜拉动杠杆时，力臂变小，力变大．
当阻力臂不变，动力不变时，阻力增大，根据杠杆平衡条件，动力臂一定增大，来判断弹簧测力计的拉动方向的变化，来判断悬点E的变化．
（5）结合图片，判断杠杆在使用过程中，动力臂和阻力臂的大小关系，再明确其相关要素．

解答 解：
（1）把杠杆在中点支在支架上，杠杆的重心可能不在中点位置，不能消除杠杆重对杠杆平衡的影响，所以把在b步骤之前还要调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡．
（2）设一个钩码重为G，杠杆上一个小格代表1cm，
所以，2G×4cm=nG×2cm，n=4（个）．
（3）为了使杠杆在水平位置平衡时弹簧测力计示数最小，应使力臂最大，力臂在杠杆上，所以弹簧测力计要竖直拉动杠杆．图中钩码使杠杆逆时针转动，拉力要使杠杆顺时针转动．所以弹簧测力计要竖直向上拉动杠杆．
（4）如果此时在A点的钩码下方再挂一个钩码，为了再次使杠杆在水平位置平衡，阻力增大，阻力臂、动力不变，要增大动力臂才能使杠杆再次平衡，所以弹簧测力计倾斜的角度要大一些，所以悬点E要向上移动．
（5）由题可知，大桥的结构可看作杠杆，其中G代表桥重和过往车辆产生的对桥的作用力，而F则代表拉力；若增加塔桥的高度，即增加了支点O到F₂的距离，即增大了动力臂L₁，根据公式F₁=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{L}_{1}}$，可以得到，在阻力和阻力臂，不变的情况下，动力臂越大，动力越小即桥对钢索的拉力就越小．
故答案为：（1）b；调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡；（2）4；（3）竖直向上；（4）上；
（5）提高桥塔的高度．

点评 （1）探究杠杆的平衡条件和使用天平称量物体质量时，操作步骤是大致相同的：首先调节杠杆或天平在水平位置平衡，然后在挂钩码或往天平盘内增加物体和砝码，使杠杆或天平重新平衡．
（2）探究杠杆平衡时，弹簧测力计倾斜拉动杠杆在水平位置平衡，力臂变小，力变大，是本实验经常考查的内容．