Question

5．如图1所示，某小组研究“杠杆的平衡条件”，器材：有刻度的杠杆、若干个相同的钩码、弹簧测力计等，O为杠杆的支点．

（1）实验前，应先调节杠杆在水平位置平衡．这样做，除了可以消除自身的重力影响，还可以方便地测量或读出力臂大小．调节时，如发现杠杆左端偏高，应如何操作将平衡螺母（左端和右端的均可）向左调节，直至杠杆在水平位置平衡．
（2）某实验小组记录两组数据如下：

实验序号	动力F1/N	动力臂l1/cm	阻力F2/N	阻力臂l2/cm
1	2	20	1	10
2	1	8	2	4

据分析这组数据中，实验序号为1（选填：“1”或“2”）的一组肯定有错误．检查发现是测量动力臂时读错了，动力臂的实际值比记录值小（选填：“大”或“小”）．
（3）如图2所示，弹簧测力计在C处由竖直向上逐渐向右倾斜拉动杠杆，仍使杠杆在水平位置保持平衡，则弹簧测力计的示数将变大（选填：“变大”、“变小”或“保持不变”），其原因是拉力的力臂变小了．
（4）若某次实验采取如图3所示的方式悬挂钩码，杠杆也能在水平位置保持平衡（杠杆上每格等距），但老师往往提醒大家不要采用这种方式，这主要是以下哪种原因D
A．一个人无法独立操作    B．需要使用太多的钩码
C．力臂与杠杆不重合       D．力和力臂数目过多
（5）如图4所示实验小组选用长1.6m、粗细均匀的一只金属杆，绕O点在竖直平面内自由转动，同时将一个“拉力-位移传感器”竖直作用在杆上，并使杠杆在水平位置始终保持平衡．该传感器显示其拉力F与作用点到O点距离x的变化关系如图5所示．由图可知金属杆重10N．

Answer 1

分析 （1）探究杠杆平衡条件时，使杠杆在水平位置平衡，此时力与杠杆垂直，力臂的长度可以直接从杠杆上读出来；
（2）根据杠杆平衡条件进行判断；
（3）杠杆在水平位置平衡，阻力、阻力臂不变，弹簧测力计倾斜拉动杠杆时，动力臂变小，动力变大；
（4）当杠杆上挂多组钩码时，力和力臂增加，使实验复杂化，给实验带来难度；
（5）杠杆是粗细均匀的一只金属杆，重心在杠杆的中点，根据图象可知，当x为0.8m时，动力臂等于阻力臂，所以拉力与杠杆的重力相等．

解答 解：（1）力臂等于支点到力的作用线的距离，当杠杆在水平位置平衡时，重力的力臂为零，可以消除杠杆自身重力影响，并且力的方向与杠杆垂直，此时的力臂正好在杠杆上，可以从杠杆标尺刻度上直接读出来．
如发现杠杆左端偏高，则重心应向左移动，故应将平衡螺母（左端和右端的均可）向左调节，直至杠杆在水平位置平衡．
（2）分析表中数据：实验序号1中，F₁L₁=2N×20cm=40N•cm；而F₂L₂=1N×10cm=10N•cm，所以F₁L₁≠F₂L₂，
因杠杆平衡，该组乘积不相等说明数据有错误．
实验序号2中，F₁L₁=1N×8cm=8N•cm，而F₂L₂=2N×4cm=8N•cm，所以F₁L₁=F₂L₂，
因杠杆平衡，该组乘积相等说明数据正确．
由F₁L_实=F₂L₂得，L_实=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{F}_{1}}$=$\frac{1N×10cm}{2N}$=5cm＜10cm，
即：动力臂的实际值比表中的记录值小．
（3）杠杆在水平位置平衡，阻力、阻力臂不变，弹簧测力计倾斜拉动杠杆时，动力臂变小，动力变大，所以弹簧测力计示数会变大．
（4）当杠杆上挂多组钩码时，力和力臂增加，虽然也能得出正确的结论，但是使实验复杂化，给实验带来难度；
如图操作，杠杆平衡后，右边有一个力与力臂的乘积，而左边有三个力与力臂的乘积，共有四个力与力臂的乘积，数目过多，计算不便，故选D．
（5）粗细均匀的金属杆长为1.6m，则其重心在0.8m处，此处动力臂等于阻力臂，由杠杆平衡条件可知，拉力的大小即为金属杆的重，故重力为10N．
故答案为：（1）水平；力臂大小；将平衡螺母（左端和右端的均可）向左调节，直至杠杆在水平位置平衡；
（2）1；小；         
（3）变大；拉力的力臂变小了；
（4）D；
（5）10．

点评 本题考查了杠杆平衡条件的应用以及实验数据的分析能力，难度不大；解决与杠杆平衡条件相关问题的基本方法：准确找出题中杠杆的五要素，再将对应的动力和动力臂、阻力和阻力臂代入杠杆平衡条件，即可求解．