题目内容

3.小明在探究杠杆的平衡条件试验中

(1)小明将杠杆装到支架上时,发现杠杆左端上翘,此时,应将杠杆的平衡螺母向左(选填“左”或“右”)调节,使杠杆在水平位置平衡.
(2)杠杆调节平衡后,在杠杆的左侧挂上钩码,如图甲所示,每个钩码重均为0.5N,且杠杆每格相同,在杠杆的右侧用测力计(图中未画出)拉杠杆,使其在水平位置平衡,为了便于测量力臂,应使弹簧测力计拉力的方向竖直向下.
(3)小明探究出杠杆的平衡条件后,上网查找资料对这一知识进行拓宽和延伸,查找的有关资料如下:有固定转动轴的物体在力的作用下处于静止或匀速转动的状态称为力矩平衡状态.物理学中把力和力臂的乘积叫做力对转动轴的力矩,力矩用M表示,即M=FL,式中L为力臂,力臂是转动轴到力的作用线的距离.引入力矩概念后,杠杆的平衡条件可叙述为:使杠杆沿顺时针转动的力矩与使杠杆沿逆时针转动的力矩相等.用公式表示为:M顺=M逆.在甲图中,小明在B点用弹簧秤拉杠杆,拉力F的方向从竖直位置缓慢转到偏角θ<90°的某一位罝的过程中,杠杆一直处于水平平衡状态,如图乙所示.设M为拉力F对转轴的力矩,在此过程中M和F判断正确的是B.(选填字母)
A.M不变,F不断变小     B.M不变,F不断变大
C.M不断变小,F不断变大  D.M不断变大,F不断变小.

分析 (1)杠杆在水平位置平衡后,支点到力的作用点的距离就是力臂,因此在此实验中我们应首先调节杠杆在水平位置平衡,使杠杆在水平位置平衡的目的是为了便于测量力臂,若左端偏高,则需将平衡螺母向右调节.
(2)根据杠杆的平衡条件可知,弹簧测力计应与杠杆垂直;
(3)弹簧测力计从竖直位置缓慢地转到偏角为θ的过程中,以O点为转轴,力F的力矩与钩码重力的力矩平衡.钩码重力不变,钩码重力的力臂不变,其力矩不变,力F对转轴的力臂减小,再由力矩M=FL,分析力F的变化.

解答 解:(1)在“探究杠杆的平衡条件”实验中,应先调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡,若发现杠杆左端偏高,应将右端的平衡螺母向左调节.
(2)在水平位置平衡时,钩码的力臂在杠杆上,为了使弹簧测力计的力臂也在杠杆上,就要求弹簧测力计的拉力方向竖直向下拉;
(3)以O点为转轴,钩码重力不变,钩码重力的力臂不变,其力矩不变,根据力矩平衡条件可知,力F的力矩与钩码重力的力矩平衡,则力F对转轴的力矩M不变.力F对转轴的力臂L减小,由力矩M=FL,分析可知,F不断变大,故B正确.
故答案为:(1)左;(2)竖直向下;(3)B.

点评 本题考查了杠杆平衡条件的应用,涉及到高中的“力矩”问题,属于与高中“挂钩”的题目,关键是从题目中得到有用信息并加以利用.

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