Question

18．关于机械的研究
（1）图甲在探究杠杆平衡条件的实验中，如果杠杆右侧高左侧低，则可将左侧的平衡螺母向右调节，使其在水平位置平衡．如图所示，在支点左侧20cm刻度处挂3个重均为0.5N的钩码，在支点右侧15cm刻度处用弹簧测力计拉杠杆，使其水平平衡．要使弹簧测力计示数最小，弹簧测力计的拉力应沿竖直方向，此时读数为2N．如果将测力计沿图中虚线方向拉，仍使杠杆在水平位置平衡，则测力计的示数将变大（变大/不变/变小）．

（2）某同学利用身边的塑料直尺和硬币若干来验证杠杆平衡的条件，如图19乙所示，当杠杆在水平位置平衡时，他测出从支点O到硬币边缘的距离作为力臂L₁和L₂的大小，他测力臂的方法是错误的（选填“正确”或“错误”）．如果将两边的硬币以相同大小的速度同时做远离支点的匀速移动，则杠杆右端向下倾斜（选填“仍平衡”、“左端向下倾斜”或“右端向下倾斜”）
（3）某小组同学在探究滑轮组的机械效率与哪些因素有关时，提出了一些猜想．为了验证猜想是否正确，该小组同学们按如图19丙所示的A、B、C、D 四种情形组装滑轮组．为了验证猜想“两个相同滑轮组成的滑轮组，其机械效率与滑轮组细线的绕法有关”，应选择装配图中的A、C或者B、D两组滑轮组做对比实验；按装配图A、B或图C、D两个滑轮组做对比实验，可以验证什么猜想？滑轮组完全相同，不同重力的重物对机械效率的影响．

Answer 1

分析 （1）实验前杠杆右侧高左侧低，原因是右侧的力和力臂乘积小于左侧的力和力臂乘积，根据杠杆的平衡条件可知，可将左侧的平衡螺母向右调节，减小左侧的力和力臂乘积，使杠杆在水平位置平衡；
当把支点到作用点的连线作为动力臂（施力方向与连线垂直）时，动力臂最长、最省力（弹簧测力计示数最小）；
知道阻力、阻力臂和动力臂，利用杠杆的平衡条件求动力．
（2）力臂是支点到力的作用线的距离，重力的作用点在几何中心，故力臂应为支点到硬币的重力作用线的距离；当两边的硬币以相同大小的速度同时做远离支点的匀速移动时，根据杠杆平衡的条件，F₁×L₁=F₂×L₂，可以判断．
（3）运用控制变量法，研究与细线绕法时，应控制物重相同；当绕线方式相同，物重不同时，研究的是机械效率与物重的关系．

解答 解：
（1）杠杆右侧高左侧低，为使杠杆在水平位置平衡，可以将左侧的平衡螺母向右调，或者将右侧的平衡螺母向右调（都向右调）；
当沿竖直向下的方向施力时，动力臂最长，此时最省力，弹簧测力计的示数最小；
由图知，若竖直向下施力，动力臂L₁=15cm，
由题知，阻力F₂=0.5N×3=1.5N，阻力臂L₂=20cm，
因为杠杆在水平位置平衡，
所以F₁L₁=F₂L₂，
所以动力：
F₁=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{L}_{1}}$=$\frac{1.5N×20cm}{15cm}$=2N．
将测力计沿图中虚线方向拉，此时拉力的力臂变小，仍使杠杆在水平位置平衡，则测力计的示数将变大．
（2）硬币放在杠杆上，杠杆在水平位置平衡，硬币作用在杠杆上的力通过硬币平面圆心，力臂是从最下面平面圆心到支点的距离，力臂测量错误．
原来杠杆平衡，即F₁×L₁=F₂×L₂，且由图可知L₁＞L₂，F₁＜F₂；
经过相同时间后，两边硬币的力臂各增加L，
则左边力与左边力臂的乘积F₁×L_左=F₁（L₁+L）=F₁L₁+F₁L
右边力与右边力臂的乘积F₂×L_右=F₂（L₂+L）=F₂L₂+F₂L
显然，右边力与右边力臂的乘积大，即杠杆右端向下倾斜．
（3）由运用控制变量法可知，研究与细线绕法时，应控制物重相同，故选图A、C（或B、D）；当绕线方式相同，物重不同时，研究的是机械效率与物重的关系．
故答案为：（1）右；竖直；2；变大；（2）错误；右端向下倾斜；（3）A、C或者B、D；滑轮组完全相同，不同重力的重物对机械效率的影响．

点评 本题除考查杠杆平衡条件及运用、控制变量法的运用等基本知识；更突出在试验中的遇到实际问题，如硬币重力的力臂如何确定，以及重物由静态变为动态时杠杆平衡问题的探讨；再有“验证什么猜想”与“得到什么结论”的表述不同，应予注意；这些对能力要求较高．