题目内容

7.图为探究“杠杆的平衡条件”的实验装置.实验中:
(1)首先应调节杠杆两端的螺母,使杠杆在不挂钩码时处于水平平衡状态.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,这时杠杆重力的力臂为零.
(2)实验过程中,给杠杆两端挂上不同数量的钩码,移动钩码的位置,使杠杆保持水平平衡状态,这时就可读出相应的数据.当然也可通过移动钩码的位置使杠杆在倾斜状态下达到平衡,并进行相关数据的测量.但我们总是选取杠杆的水平平衡状态进行实验,其原因主要是便于测力臂.
(3)小明和同学们一起,进一步探究“杠杆平衡,阻力和阻力臂的乘积不变时,动力跟动力臂的关系”的实验.探究过程中,在杠杆左端某一固定位置挂一个重力G=2.5N的物体,在杠杆右端不同位置处施加不同的竖直向下力F,保证杠杆处于平衡状态.记录的数据如下表所示.
实验第1次第2次第3次第4次第5次
动力F/N0.51.02.02.54.0
动力臂L/m0.40.20.10.080.05
(a)请根据表中数据,画出动力F与动力臂倒数$\frac{1}{L}$的图象.
(b)由图象可得出:杠杆平衡,阻力和阻力臂的乘积不变时,F与L成反比.

分析 (1)调节杠杆两端的螺母,使杠杆在不挂钩码时处于水平平衡状态,这时杠杆的重心在支点上;
(2)选取杠杆的水平平衡状态下进行实验,因为钩码的拉力方向竖直向下,作用点在杠杆上,支点到力的作用点距离等于力臂;
(3)(a)根据表中数据先求出$\frac{1}{L}$的值,然后再描点后连线;
(b)根据图象结合正比例、反比例函数的特点进行分析.

解答 解:
(1)节杠杆两端的螺母,使杠杆在不挂钩码时处于水平平衡状态,这时杠杆的重心在支点上,所以杠杆重力的力臂为零;
(2)杠杆水平平衡,支点到力的作用点距离即为力臂,可以从杠杆所标的刻度直接读出力臂;
(3)(a)根据表中数据可知,5次动力臂L的倒数$\frac{1}{L}$分别为:2.5;5;10;12.5;20,利用数学方法描点作图如下:

(b)由上图可知,F和$\frac{1}{L}$成正比,$\frac{F}{\frac{1}{L}}$为定值,所以FL为定值,可以推断F-L成反比;
故答案为:(1)零;(2)便于测力臂;(3)(a)见上图;(b)反.

点评 此题是探究“杠杆的平衡条件”实验,考查了杠杆平衡条件的应用;在使用杠杆平衡条件时,要确定杠杆受到的力及对应的力臂,列出关系式代入数据便可求出未知量.

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