实验15探究杠杆平衡条件的实验(解析版)

1、实验十五 探究杠杆平衡条件的实验【探究目的】：杠杆的平衡条件【实验器材】杠杆、钩码盒一套、弹簧测力计、细线、 刻度尺；【探究假设】：杠杆的平衡可能与 动力和力臂的乘积、阻力和阻力臂的乘积有关。i【实验步骤】：50g=0.05kg，重为: 调节杠杆两端的_平衡螺母，使横梁平衡。 在杠杆的左右两端分别用细线依次悬挂个数不同钩码【每一个钩G=mg=0.05kg xi0N/kg=0.5N】，(假设左端砝码的重力产生的拉力为阻力F2，右端钩码的重力产生的拉力为动力Fi,)先固定Fi大小和动力臂11的大小，再选择适当的阻力F2,然后移动阻力作用点，改变阻力臂12大小，直至杠杆平衡，分别记录下此时动力Fi、

2、动力臂11、阻力F2和阻力臂I 2的数值，并将实验数据记录在表格中。 固定Fi大小和动力臂li的大小，改变阻力 F2的大小，在移动阻力作用点，改变阻力臂I 2大小，直至杠杆平衡，记录下此时的阻力 F2和阻力臂|2的数值，并填入到实验记录表格中。 改变动力Fi的大小，保持动力臂|1的大小以及阻力F2大小不变，再改变阻力 F2作用点，直至杠杆重新 平衡，记录下此时动力 Fi大小和阻力臂I 2的大小，并填入到实验数据记录表。 整理实验器材。【数据记录】：实验数据记录表如下：rI动力Fi动力臂li(cm)动力渤力臂阻力阻力臂阻力邓阻力臂(N?m)(N)NMF2Nl2cm步骤2步骤3步骤4【实验结论】：

3、根据实验记录数据，探究结论是：动力X动力臂=阻力邓阻力臂 公式表示：_FiLi=F2L2思考：在上述探究实验中，为什么每次都要使杠杆在水平位置保持平衡? 答：可以方便用刻度尺来直接测出实验中杠杆的力臂大小12【考点方向】：1、 实验前杠杆的调节：左高右调，右高左调。平衡后实验过程中不能在调节平衡螺母。2、 将杠杆调成水平平衡的目的是：便于测量力臂3、 选择杠杆终点作为支点的好处：消除杠杆自身重力对实验的影响 。4、 将砝码换成测力计的好处是：能直接测出拉力的大小，实验操作方便。5、 将砝码换成测力计的缺点是：测力计本身有重量，对实验有一定的影响，使弹簧测力计的示数变大6、 如上图，乙图和丙图中

4、，弹簧测力计的示数作怎样变化：由大变小，原因是力臂由小变大。7、 你认为哪个图更合理？答:丁图，实验不受弹簧测力计的重力的影响。8、 使用弹簧测力计代替钩码最终目的是：更能正确认识力臂。9、屡次实验的目的是： 防止实验的偶然性，是结论具有普遍规律。【经典例题】【母题】：小红和小明利用如下图装置探究杠杆的平衡条件.+1假设实验前杠杆静止如图甲所示，此时杠杆处于 选填平衡状态或不平衡状态,可将杠杆两端的平衡螺母向 填 左或右 调节，使杠杆在水平位置平衡.目的是 (2) 在实验过程中，调节杠杆在水平位置平衡的目的是 .(3) 在杠杆两端加挂钩码，并移动钩码，使杠杆在水平位置平衡，测出力臂，屡次实验并

5、把数据记录在表格 中.次序Fi/Nl1/cmF2/Nl2/cm11102522101203215310小明根据以上数据得出杠杆平衡条件是:(4) 杠杆调节平衡后，小红在杠杆上的A点处挂4个钩码，如图乙所示，为使杠杆在水平位置重新平衡，应在B点挂个钩码.如果将B处的钩码换成弹簧测力计，那么手对弹簧测力计的拉力 (选填大于等于小于)六个钩码的重力。(5) 当杠杆平衡后，将 A点和B点下方所挂的钩码同时向支点0靠近移一格，杠杆 (填左侧下降右侧下降或仍水平平衡)(6) 如图丙所示，用弹簧测力计在C处竖直向上拉，使杠杆在水平位置平衡，当弹簧测力计在原位置逐渐向左倾斜时，使杠杆仍然在水平位置平衡，那么弹

6、簧测力计的示数将(填变大变小或不变)原因(7) 小明实验时改变钩码的个数和位置进行了屡次实验，其目的是【答案】(1) 平衡状态；右；消除杠杆自身重力对实验的影响，水平位置便于直接读出力臂。(2 )便于测量力臂；(3) FiLi=F2L2；(4) 6;小于；(5) 左侧下降；(6) 变大；根据平衡条件，动力臂变小。(7) 防止实验的偶然性，使结论更具普遍性。【解析】(1) 假设实验前杠杆如图甲所示，左端下沉，右端上翘，可将杠杆两端的平衡螺母向右调节，使杠杆在水平位置平衡，目的是消除杠杆自身重力对实验的影响，水平位置便于直接读出力臂。(2) 实验时让横杆 AB在水平位置平衡，力臂在杠杆上便于测量力

7、臂大小，杠杆的重心通过支点，可以消 除杠杆重对杠杆平衡的影响；(3) 分析表格中的数据可得出杠杆平衡的条件是：FiLi=F2L2；(4) 设杠杆每个格的长度为 L，每个钩码的重力为 G,根据杠杆的平衡条件：FaLa=FbLb，即4GX3L=FbX2L, 解得Fb=6G，需挂6个钩码；如果将B处的钩码换成弹簧测力计，那么由于向下的力，有两个，一是弹簧测力计自身重力，另一个是手对弹簧测力计的拉力。二者之和才等于六个钩码的重力。(5) 根据杠杆的平衡条件：FaLa=FbLb，假设A、B两点的钩码同时向靠近支点的方向移动一个格，那么左侧4GX2L=8GL，右侧6GXL=6GL，因为8GL 6GL，所以

8、杠杆左端会下降；(6) 根据杠杆的平衡条件：FaLa=FbLb,阻力和阻力臂在不变的情况下，动力的方向向左倾斜时，动力臂 会变小，因此会导致动力变大。(7) 小明实验时改变钩码的个数和位置进行了屡次实验，能够防止一组数据的偶然性，屡次测量才能得出普遍规律。练习1 : (2021苏州)利用杠杆开展相关实验探究：(1) 安装好杠杆，将其放到水平位置后松手，发现杠杆沿顺时针方向转动，如图甲所示。那么应将平衡螺母向 (选填 左或 右)调节，直到杠杆在水平位置平衡；甲乙丙(2) 如图乙所示，在 A点挂3个重力均为0.5N的钩码，在B点用弹簧测力计竖直向下拉杠杆，使其在水平位置平衡，弹簧测力计的示数为 N

9、 ;假设在第(1 )小题所描述的情形中未调节平衡螺母而直接开展上述实验，弹簧测力计的示数会 (选填 偏大 偏小或不变)；(3) 始终竖直向下拉弹簧测力计，使杠杆从水平位置缓慢转过一定角度，如图丙所示。此过程中，弹簧测力计拉力的力臂 (选填 变大 变小或 不变下同)，拉力的大小 。【答案】(1)左；(2) 2.0；偏小；(3)变小；不变【解析】(1)安装好杠杆，将其放到水平位置后松手，发现杠杆沿顺时针方向转动，左端上翘，如图甲所示。那么应将平衡螺母向左调节，直到杠杆在水平位置平衡；(2) 由图可知，根据杠杆平衡条件得：Fa Na= Fb XLb , 3 X0.5N 4L = Fb X3L ,所以

10、Fb= 2.0N ；假设在第(1)小题所描述的情形中未调节平衡螺母而直接开展上述实验，由于左侧已经存在杠杆的力与力臂 的乘积，故弹簧测力计的示数会偏小；(3) 图丙使杠杆由水平位置时，根据杠杆平衡条件FiLi= F2L2得，GX4L = F2X3L,4那么 F2= G ；当转动到图中位置时，设杠杆与水平位置的夹角为a物体的力臂、弹簧测力计拉力的力臂均变小；那么根据杠杆平衡条件 FiLi= F2L2得，GX 4L X cos=F2x 3L X cos a那么：F2 = G ；所以，在此过程中拉力 F的大小不变。练习2: (2021聊城)下面是小聪利用刻度均匀的匀质杠杆进行探究杠杆平衡条件的实验。

11、(1) 实验前为方便测量力臂，应将杠杆调节到 位置平衡，将杠杆的中点置于支架上，当杠杆静止时,发现杠杆左端下沉，这时应将平衡螺母向 (选 左或 右)端调节。(2) 调节平衡后，在杠杆 B点处挂6个钩码，如图甲所示，那么在 A点处应挂 _个同样的钩码，杠杆仍然 在水平位置平衡。5cm,钩码每个重0.5N,请将弹簧测(3) 图乙是小聪利用弹簧测力计做的某次实验情景，杠杆每格长 力计的示数填入下表。实验序号动力FN动力臂L1/m阻力F2/N阻力臂L2/m10.153.00.10上述实验数据不符合杠杆平衡条件，出现问题的原因是 【答案】(1) 水平；右；(2) 4 ；( 3) 3.8 ；弹簧测力计没有

12、竖直向下拉。【解析】(1 )实验前为方便测量力臂，应将杠杆调节到水平位置平衡，将杠杆的中点置于支架上，当杠杆静止时, 发现杠杆左端下沉，右端偏高，这时应将平衡螺母向右端调节。(2) 如图甲所示，在杠杆 B点处挂6个钩码，设在那么在 A点处应挂n个同样的钩码，杠杆仍然在水平位置 平衡；设每个钩码重为 G,每个小格为L,根据杠杆的平衡条件F动|动=F阻I阻：6GX2L=nG X3L，故 n=4 ,即在A点处应挂4个同样的钩码，杠杆仍然在水平位置平衡。(3) 弹簧测力计每一个大格代表1N，每一个小格代表 0.2N，示数为3.8N。弹簧测力计没有竖直向下拉，当弹簧测力计倾斜拉杠杆时，力臂变小，小于动力

13、点到支点的距离，动力臂 变小。练习3: (2021德阳)如下图是探究杠杆平衡条件的几个实验情景：屮(1 )挂钩码前，杠杆在如图甲所示的位置静止，此时杠杆 (选填到达或没有到达平衡状态,接下来调节杠杆两端的螺母，使杠杆处于 B点挂(2)如图乙所示，A点挂有2个质量均为50g的钩码、为了让杠杆在水平位置平衡，应在个质量均为50g的钩码。(3)如图丙所示，现给你一个量程为02N的弹簧测力计，假设干个 50g的钩码，钩码挂在 C点处，现使用弹簧测力计和钩码使杠杆在水平位置平衡，那么在C点处所挂钩码的最多个数为 个。【答案】(1) 到达水平位置平衡；(2) 3; (3) 6【解析】(1) 杠杆保持静止，

14、此时杠杆处于静止状态，到达平衡；由图中，杠杆的右端较高，平衡螺母应向右端移动使杠杆在水平位置平衡；(2) 设杠杆的一个小格为 L，一个钩码重为 G ,因为，F1|1= F2I2，所以，2GX3L = nGX2L，所以，n = 3,所以在B处挂3个钩码。(3) 为使拉力最小，动力臂要最长，拉力F的方向应该垂直杠杆向上，即竖直向上，动力臂为最长，F作用点在最左端，根据杠杆的平衡条件，在 C点处所挂钩码的最多个数:nGX4L = F6L, nmgX4L = FX5L,n= 6。代入数据：n XQ.05kg X0N/kgX4L = 2NX6L，解得,1实验前，杠杆静止时，发现杠杆左端低、右端高,的实验

15、中:此时杠杆处于 填平衡或非平衡状态,为使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向 填左或右调节。2调节杠杆在水平位置平衡后，进行如下图的实验，用量程为5N的弹簧测力计在 A点竖直向上拉如图中M所示，杠杆在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数为2.5N ;假设弹簧测力计斜向上拉如图中 N所示，杠杆在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数为 填大于或小于 2.5N，此时拉力的方向与竖直方向的最大夹角为 填“3045。或“60。3 杠杆上每个平衡螺母的质量为m,杠杆的总质量含两个平衡螺母为 50m。实验前，调节杠杆在水平平衡的过程中，假设只将右端的平衡螺母移动了距离L,那么调节前后杠杆含两个平衡螺母的重

16、心在杆上移动的距离为 填丄上或丄504948【答案】1平衡；2右；大于；60 3;50【解析】1杠杆静止时就是出于平衡状态；为了使杠杆在水平位置平衡，需要将高的一端的平衡螺母往外调，也就是将杠杆右端的平衡螺母往右调节。2 弹簧测力计在 N位置时，力臂小于在 M位置时，所以拉力大于 2.5N ;弹簧测力计的最大拉力为5N,所以力臂最短为在 M位置时的，因此弹簧测力计与竖直方向夹角最大为603杠杆加平衡螺母质量总共为50m，其中质量为m的局部移动了 L,那么相当于整体的重心移动了盘练习5: (2021荆州)小华在做 探究杠杆平衡条件实验的装置如下图，杠杆上相邻刻线间的距离相等(1) 杠杆在如图甲所

17、示的位置静止时 (选填 是或 不是处于杠杆平衡状态的.(2) 为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向 (选填 左或 右)端调节.(3) 如图乙所示，杠杆在水平位置平衡后，在A点挂两个钩码，每个钩码重0.5N，在B点竖直向下拉弹簧测力计，仍使杠杆水平位置平衡，此时弹簧测力计的示数应为N 当弹簧测力计改为斜拉时，再次使杠杆水平位置平衡，那么弹簧测力计的示数将 .(选填 变大 变小或 不变(4 )小华改变钩码的个数和位置进行了屡次实验，其目的是 .【答案】(1 )是 (2 )右 (3) 1.5N 变大 (4)使实验结论具有普遍性【解析】(1 )杠杆处于静止或匀速转动都是处于平衡状态，该杠杆是静止所以

18、处于杠杆平衡。(2 )实验前杠杆处于右端高的状态，为了方便实验测量力臂，应该使杠杆处于水平位置平衡，右端高，那么应该把平衡螺母向右侧调节。(3) 杠杆处于平衡状态，那么满足杠杆平衡的条件，动力臂X动力=阻力臂 邓阻力。此处阻力是两个钩码，每个钩码是0.5N，两个钩码，那么阻力是 1N，阻力臂是3格，动力臂是两格，因此列平衡条件1NX3=FX2;得F=1.5N.当弹簧测力计改为斜拉时，平衡后，由于动力臂会变小，动力臂和动力都不变，根据平衡条件，弹簧测力 计的示数就会变大。4实验过程中，屡次改变钩码的个数和力臂的大小得到多组数据，可以防止实验的偶然性，使结论更具有普遍性。练习6: 2021枣庄利用

19、杠杆开展相关实验探究：1安装好杠杆，将其放到水平位置后松手，发现杠杆沿顺时针方向转动，如图甲所示。那么应将平衡螺母 向_ 选填 左或 右调节，直到杠杆在水平位置平衡；2如图乙所示，在 A点挂3个重力均为0.5N的钩码，在B点用弹簧测力计竖直向下拉杠杆，使其在水平位置平衡，弹簧测力计的示数为 N ;假设在第1小题所描述的情形中未调节平衡螺母而直接开展上述实验，弹簧测力计的示数会 选填偏大偏小或不变;3始终竖直向下拉弹簧测力计，使杠杆从水平位置缓慢转过一定角度，如图丙所示。此过程中，弹簧测力计拉力的力臂 选填变大变小或不变下同，拉力的大小 。【答案】1左；2 2.0;偏小；3变小；不变。【解析】1

20、安装好杠杆，将其放到水平位置后松手，发现杠杆沿顺时针方向转动，左端上翘，如图甲所示。那么应 将平衡螺母向左调节，直到杠杆在水平位置平衡；2 由图可知，根据杠杆平衡条件得：FaNa=FbXLb, 30.5N 4L=FbX3L,所以Fb=2.0N ；假设在第1小题所描述的情形中未调节平衡螺母而直接开展上述实验，由于左侧已经存在杠杆的力与力臂的乘积，故弹 簧测力计的示数会偏小；3 图丙使杠杆由水平位置时，根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2得，4GX4L=F2X3L，贝V F2= G；当转动到图中位置时，设杠杆与水平位置的夹角为a物体的力臂、弹簧测力计拉力的力臂均变小；那么根据杠杆平衡条件 FrL1=

21、F2L2得，G 4L COS a2=F 3L ,S a那么：F2= G；所以，在此过程中拉力 F的大小不变。练习7: 2021龙东小红和小明利用如下图装置探究杠杆的平衡条件。甲乙丙1 假设实验前杠杆如图甲所示，可将杠杆两端的平衡螺母向 填 左或 右调节，使杠杆在水平位 置平衡。2 在实验过程中，调节杠杆在水平位置平衡的目的是 。3在杠杆两端加挂钩码，并移动钩码，使杠杆在水平位置平衡，测出力臂，屡次实验并把数据记录在表 格中。次数F1/NLcmF2/NL2/cm11102522101203215310小明根据以上数据得出杠杆平衡条件是 。4杠杆调节平衡后，小红在杠杆上的A点处挂4个钩码，如图乙所

22、示，为使在重新平衡，应在B点挂个钩码。当杠杆平衡后，将 A点和B点下方所挂的钩码同时向支点0靠近一格，杠杆会 填 左侧下降、右侧下降或仍水平平衡。5如图丙所示，用弹簧测力计在 C处竖直向上拉，使杠杆在水平位置平衡，当弹簧测力计在原位置逐渐向左倾斜时，使杠杆仍然在水平位置平衡，那么弹簧测力计的示数将 填 变大变小或 不变。【答案】1右；2便于测量力臂；3 FiLi=F2L2； 4 6;左侧下降；5变大。【解析】1假设实验前杠杆如图甲所示，左端下沉，右端上翘，可将杠杆两端的平衡螺母向右调节，使杠杆在水平位置平衡。2实验时让横杆 AB在水平位置平衡，力臂在杠杆上便于测量力臂大小，杠杆的重心通过支点，可以消除杠杆重对杠杆平衡的影响;(3) 分析表格中的数据可