Question

2．小明和小红一起做探究杠杆平衡条件的实验：
（1）当杆杠静止在图甲所示的位置时，杆杠处于平衡（选填“平衡”或“不平衡”）状态；如图甲中，应将右端的平衡螺母向右（选填“左”或“右”）调节使杠杆在水平位置平衡，这样做是为了便于测量力臂．
（2）小红在杠杆的两端加挂钩码，并移动钩码，使杠杆在水平位置平衡，如图乙所示，
并测出力臂．多次实验并把数据记录在表格中．

次数	F1/N	l1/cm	F2/N	l2/cm
l	1	10	2	5
2	2	10	1	20
3	2	15	3	10

得出了杠杆平衡条件：“动力×动力臂=阻力×阻力臂”．但是小明按现有的方案操作却得出如下结论：“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”这个结论与杠杆平衡条件不符，怎样帮小明解决疑惑，接下来你可以通过B实验步骤，测量相关数据．
A．改变力的大小
B．改用弹簧测力计改变力的方向
C．改变力的作用点
D．改变平衡螺母的位置从而让杠杆在水平位置重新平衡
（3）小红将图乙中杠杆两侧的钩码各取下一个，杠杆将左侧会下降．（选填“仍能平衡”“右侧
下降”或“左侧下降”）
（4）小红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，结果杠杆转至竖直位置，如图丙所示．小红在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的动力臂为零．
（5）接着，小明提出新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点 时，杠杆的平衡条件是否仍然成立？”于是小明利用如图丁所示装置进行探究，在杠杆D点处挂上2个钩码，用弹簧测力计在C点处竖直向上拉使杠杆在水平位置处于平衡状态，此时弹簧测力计的示数如图所示，则弹簧测力计的拉力是3.3 N．以弹簧测力计的拉力为动力F₁′，钩码重力为阻力F₂′，多次调整力和力臂的大小进行测量，发现：F₁′L₁′总是    大于F₂′L₂′，其原因主要是受杠杆自重的影响．

（6）小明将图丁中弹簧测力计拉力的作用点从C点移到E点，使杠杆仍在水平位置平衡，如图戊所示，请推算：此时弹簧测力计的拉力是1.1 N．

Answer 1

分析 （1）杠杆处于静止状态或匀速转动状态都为杠杆的平衡状态；在实验中也必须使杠杆在水平位置平衡是为了便于测量力臂，实验前，应首先进行杠杆平衡调节，根据杠杆的平衡条件，杠杆左、右两端的螺母（或一端的螺母）向杠杆上翘的一端调节．
（2）从支点到动力作用线的垂直距离叫动力臂；从支点到阻力作用线的垂直距离叫阻力臂．
（3）用杠杆平衡条件可对两侧的力的力臂的乘积进行分析，最后做出判断．
（4）分析拉力作用下其力臂变化情况，根据杠杆的平衡条件找到原因．
（5）认清测力计的量程和分度值，根据指针的位置读数；杠杆在水平位置平衡，力臂在杠杆上，便于测量力臂大小；杠杆的重心过支点，消除杠杆重对杠杆平衡的影响；
（6）首先根据杠杆的平衡条件F₁L₁=F₂L₂求得2个钩码的重力，再利用杠杆的平衡条件即可求得此时弹簧测力计的拉力．

解答 解：（1）图甲中实验前没挂钩码时，杠杆处于静止的平衡状态；发现杠杆右端上翘，调节时重心应向右移动，应将右端平衡螺母向右旋一些，使杠杆在水平位置平衡；在实验中也必须使杠杆在水平位置平衡是为了便于测量力臂；
（2）“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”，是在杠杆在水平位置平衡且动力和阻力的方向都是竖直向下的条件下得出的，也就是实验过程中没有改变动力或阻力的方向．故选项A、C、D错误，选项B正确．
（3）设一个钩码的重力G，一格的长度为L，则当杠杆两侧的钩码各取下一个杠杆在水平位置平衡时：
左边=2G×2L=4GL＞右边=G×3L=3GL；
故杠杆不再水平平衡，左侧会下降；
（4）在杠杆右侧挂上钩码，在右端用测力计水平拉动，当杠杆拉到水平位置时拉力的力臂通过支点，即力臂为0，根据杠杆的平衡条件可知始终不能平衡；
（5）由图可知，弹簧测力计的刻度值为0.1N，指针在3N以下三格处，示数为3.3N；
用如图丁所示装置进行探究，杠杆的重心没有通过支点，杠杆的自重对杠杆平衡有影响；
（6）根据杠杆的平衡条件F₁L₁=F₂L₂可得：3.3N×4L=G×6L，
解得：G=2.2N，
将图中弹簧测力计拉力的作用点从C点移到E点，使杠杆仍在水平位置平衡，则F×12L=G×6L，即F×12L=2.2N×6L，
解得F=1.1N．
故答案为：
（1）平衡；右；便于测量力臂； 
（2）B；
（3）左侧会下降；
（4）水平位置的动力臂为零；
（5）3.3；杠杆自重；
（6）1.1．

点评 本题考查了探究杠杆平衡条件的实验过程，从原理到实际操作、实验方法、数据分析等，考查较为全面，是我们应该掌握的重点实验．