Question

4．物理实验复习时，小美和小丽在探究有关杠杆平衡的问题．小美的实验如下：

（1）如图1（a）所示，为使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向右旋．（填“左”或“或”）
（2）如图1（b）所示，在A位置上挂两个相同钩码，应该在B位置挂上1个同样的钩码，才能使杠杆在水平位置平衡．
（3）如图1（c）所示，弹簧测力计由竖直方向逐渐向左转动，杠杆始终保持水平平衡，则弹簧测力计的示数将变大（填“变大”“变小”或“不变”）．
小丽的实验如下：
（4）先将杠杆调节至水平位置平衡，在左右两侧各挂如图2甲所示的钩码后，杠杆的左端下降．要使杠杆重新在水平位置平衡，如果不改变钩码总数和悬挂点位置，只需将左侧2个钩码取下挂到右侧钩码下面即可．
（5）小丽还想探究当动力和阻力在杠杆同侧时杠杆的平衡情况，于是她将杠杆左侧的所有钩码拿掉，结果框框杠杆转至竖直位置，如图2乙所示．小丽在A点施加一个始终水平向右的拉力F，却发现无论用多大的力都不能将杠杆拉至水平位置平衡．你认为原因是水平位置时动力臂为零．
（6）小丽认为（5）问中拉力是做功的．如果每个钩码的质量均为50g，杠杆上每格的长度均为10cm，在水平向右的拉力F作用下，杠杆从竖直位置拉着转过60°的过程中，拉力F的大小变大（选填“变大”、“变小”或“不变”），拉力F所做的功至少为0.15J．

Answer 1

分析 （1）调节杠杆两端的平衡螺母，使平衡螺母向上翘的一端移动，使杠杆在水平位置平衡；
（2）设杠杆的一个小格为L，一个钩码重为G，根据杠杆平衡求出钩码的个数；
（3）根据杠杆的平衡条件可知，阻力和阻力臂不变时，动力臂减小，动力变大；
（4）根据图甲中左右两侧挂钩码后两边力与力臂的乘积大小，判断杠杆的哪端下降；根据杠杆的平衡条件计算不改变钩码总数和悬挂点位置时，挂钩码情况；
（5）分析F作用下其力臂变化情况，根据杠杆的平衡条件找到原因；
（6）根据杠杆平衡条件F₁L₁=F₂L₂分析解答．

解答 解：（1）如图，杠杆的右端上翘，右端的平衡螺母向上翘的右端移动，使杠杆在水平位置平衡；
（2）设杠杆的一个小格为L，一个钩码重为G，因为，F₁l₁=F₂l₂，所以，2G×2L=nG×4L，所以，n=1，所以在A处挂1个钩码；
（3）弹簧测力计由竖直方向逐渐向左转动时，阻力和阻力臂不变，动力臂变小，根据杠杆的平衡条件可知，动力变大，所以，弹簧测力计的示数将变大；
（4）若每个钩码重为G，杠杆上每格长L，由图甲，左侧力与力臂的乘积：5G×4L=20GL，右侧力与力臂的乘积：2G×3L=6GL，因为：20GL＞6GL，所以杠杆左侧下降；如果不改变钩码总数和悬挂点位置，若要杠杆平衡，左侧取下n个钩码挂到右侧，则：（5-n）G×4L=（2+n）G×3L，解得：n=2，即需将左侧2个钩码取下挂到右侧钩码下面；
（5）由图2乙将杠杆左侧的所有钩码拿掉，在A点施加一个始终水平向右的拉力F，当杠杆拉到水平位置时F的力臂通过支点，即力臂为0，根据杠杆的平衡条件所以始终不能平衡；
（6）由杠杆平衡条件F₁L₁=F₂L₂可知，杠杆从竖直位置拉着转过60°的过程中，阻力不变，阻力臂变大，动力臂变小，拉力F变大；
杠杆从竖直位置拉着转过60°的过程中，拉力F所做的功等于克服重力所做的功，G通过的距离为h=$\frac{1}{2}$×30cm=15cm，即W=Gh=mgh=0.1Kg×10N/Kg×0.15m=0.15J；
故答案为：（1）右；（2）1；（3）变大；（4）左；取下左侧两个钩码挂到右侧钩码下方；（5）水平位置时动力臂为零；（6）变大；0.15．

点评 本题重点考查探究杠杆平衡条件的实验调平和操作，要求平时做实验时多加注意，锻炼自己的实验操作能力．正确理解杠杆的平衡条件是关键．