121 实验：探究杠杆的平衡条件

12.1实验：探究杠杆的平衡条件•、实验题在研究杠杆平衡条件的实验中，小明仅做一次实验并记录了下表中的相关数据，就得出了杠杆平衡条件F1L1=F2L2的结论，这明显是不可靠的。原因—动力F1/N动力臂L1/cm阻力F2/N阻力臂L2/cm1151.510如图甲是小明利用刻度均匀的匀质杠杆进行探究“杠杆的平衡条件”实验。(每个钩码重0.5N)。在A点悬挂两个钩码，要使杠杆在水平位置平衡，需在B点悬挂个钩码；取走悬挂在B点的钩码，改用弹簧测力计在C点竖直向上拉，使杠杆水平位置平衡，测力计的拉力为N；若改变弹簧测力计拉力的方向，使之斜向右上方，杠杆仍然水平位置平衡，则测力计的读数将(填“变大”或“变小”或“不变”)。小明得到杠杆平衡条件后，想利用这一知识在图乙中画出使杠杆在水平位置平衡的最小力，请你帮他完成。3.在探究杠杆平衡条件的实验中。(1)如图所示，将杠杆中点固定，然后调节平衡螺母使杠杆—位置平衡。(2)杠杆水平平衡后，小强调节左边钩码的个数和位置，使杠杆重新平衡时，测出％=1.2N，F2=1.5N；OA=30cm,OB=20cm。他将所得数据直接代入杠杆平衡条件的公式中，发现F1XOA^F2XOB，他认为杠杆的平衡条件不一定是F1/1=F212，他实验失误的原因是（F1或F2）的力臂错误。（3）请在图中画出力马的力臂，并用11表示。如图所示，在“探究杠杆的平衡条件”实验中。⑴实验前的装置如图甲所示，此时，应将杠杆的平衡螺母向（选填“左”或“右”）调节，直到杠杆在水平位置平衡，这样做的目的是为了减小或消除杠杆自身重力对实验的影响和便于—。（2）如图乙所示，在位置A挂上两个相同钩码时，应该在位置B挂上—个同样的钩码，才能使杠杆重新在水平位置平衡。（3）在位置B换用弹簧测力计，如图丙所示，沿两个方向拉弹簧测力计，使杠杆保持水平平衡，则两次施加的拉力F1—F2（选填">”、"=”或“<”），你的依据是—。小明在“研究杠杆平衡条件”的实验中所用的实验器材有，刻度均匀的杠杆，支架，弹簧测力计，刻度尺，细线和质量相同的0.5N重的钩码若干个。⑴如图A所示，实验前，杠杆左侧下沉，则应将左端的平衡螺母向（选填“左”或“右”）调节，直到杠杆在—位置平衡。（2）小明同学所在实验小组完成某次操作后，实验图象如图B所示，他们记录的数据为动力F1=1.5N，动力臂11=0.1m，阻力F2=1N，则阻力臂12=m。（3）丙同学通过对数据分析后得出的结论是：动力X支点到动力作用点的距离=阻力X支点到阻力作用点的距离，与小组同学交流后，乙同学为了证明丙同学的结论是错误的，他做了如图C的实验，此实验（选填“能”或“不能”）说明该结论是错误的，图C实验中，已知杠杆上每个小格长度为5cm，每个钩码重0.5N，当弹簧测力计在A点斜向上拉（与水平方向成30。角）杠杆，使杠杆在水平位置平衡时，动力X动力臂—（选填“等于”或“不等于”）阻力X阻力臂。阅读短文，回答问题。近年来，智能手机的普及使“低头族”应运而生，随时随地低头看手机成了很多人的习惯。近日有研究发现，如果玩手机时姿势不当，就有可能让颈椎承受多达60磅（约27公斤）的重量，低头60度相当于给颈椎挂俩大西瓜，比一个7岁小孩还重。有研究发现，不当的玩手机姿势与一系列健康问题存在关联，如背痛、体重增加、便秘、胃痛、偏头痛和呼吸道疾病。还有新西兰的一项研究指出，常常低垂着头看手机会影响心理健康，如变得沮丧、愤怒等。科研人员对低头玩手机进行了研究：制作头部模型，如图甲，头部可绕支点。（颈椎）转动，转动角度通过固定在上面的量角器测量，将一个小球挂在模型内，其重为5牛模拟头部的重力，头部后面绑一根绳子模拟肌肉，绳子上系一测力计，支点（颈椎）承受的压力约为头部重力与绳子拉力之和，实验数据如下表：低头角度/度绳子拉力/牛颈椎承受的压力/牛00515510309144513.518.56017.522.5（1）分析表中数据，可得出的结论一；（2）改头部模型相当于绕。点转动的杠杆，如图乙，当低头角度增大时，头部重心向左移动，拉力F的力变小，请分析拉力F变大的原因—；（3）当低头角度是30度时，颈椎受到的压力约为直立时颈椎受到的压力的多少倍？—TOC\o"1-5"\h\z4.2倍3.3倍2.8倍2.0倍（4）为有更好的保护颈椎采取的办法（写出一条）：—。在“探究杠杆的平衡条件”的实验中。（1）在杠杆上挂钩码前，杠杆静止在甲图中的位置，为使杠杆水平平衡，应将右端的平衡螺母向（选填“左”或“右”）调节，将杠杆调节水平平衡的目的是避免对实验的影响和便于—

(2)乙图中杠杆恰好处于水平平衡，若在A处下方再挂一个相同钩码，为使杠杆保持水平平衡，则需将挂在B处的钩码向右移动格。若取掉乙图中挂在B处的钩码，改用弹簧测力计钩在C处对杠杆施拉力，为使杠杆保持水平平衡，且弹簧测力计示数最小，则弹簧测力计对杠杆的拉力方向—。此实验多次改变挂在支点。两边钩码的质量和悬挂位置，收集杠杆平衡时多组动力，动力臂、阻力和阻力臂的数据，其目的—(选填“减少误差”和“寻找普遍规律”)。在探究“杠杆平衡条件”的实验中，采用了如图所示的实验装置。实验前，杠杆如甲图所示静止，你认为图中的杠杆处于—状态。(选填“平衡”或“非平衡”)甲根据图甲杠杆所处的位置，应将平衡螺母向—(选填“右”或“左”)调整，使杠杆处于水平位置平衡。这样做的目的是—。小亮同学记录的实验数据如下表：动力(F1/N)动力臂(Z1/mm)阻力(F2/N)阻力臂(匕/mm)TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"3663\o"CurrentDocument"426\o"CurrentDocument"428她分析上述数据，可得出杆杆平衡的条件一。(4)小明将图乙中杠杆两侧的钩码各取下一个，杠杆会向(选填“右侧”或“左侧”)下降。

（5）如图丙所示，将测力计由竖直方向，改为斜向拉动，仍使杠杆在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将（选填“变大”、“变小”或“不变”）。88在“探究杠杆平衡条件”的实验中：（1）实验前，杠杆静止时，发现杠杆左端低、右端高，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，进行如图所示的实验，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；若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—（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“30。”“45。”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，调节杠杆在水平位置平衡的过程中，若只将右端的平衡螺母移动了距离L，则调节前后杠杆504948（含两个平衡螺母）的重心在杆上移动的距离—（填“％”“&”或“M）。504948在“研究杠杆平衡条件”的实验中，杠杆刻度均匀，每个钩码的质量都相等。（1）实验开始前，杠杆如图甲所示处于静止状态。为使杠杆在水平位置平衡，应将右端的平衡螺母向移动。（选填“左”或“右”）（2）调节杠杆水平平衡后，如图乙所示，在M点挂上3个钩码，在N点挂上4个钩码。此时，杠杆在水平位平衡。(选填“能”或“不能”)4III，I.J用弹簧测力计和钩码配合使用，也可以研究杠杆平衡条件。如图丙所示，刀点悬挂4个钩码的总重力为2N，若用弹簧测力计在B点竖直向上拉杠杆，使杠杆在水平位置平衡，弹簧测力计的示数为N。若在B点沿着BP斜向上施加拉力F，使杠杆在水平位置平衡，请在答题卡相应位置处画出拉力F的力臂，并用L表示。如图甲所示，小明在探究“杠杆的平衡条件”实验中所用的实验器材有：杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个。实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉，此时，应把杠杆两端的平衡螺母向—(选填“左”或“右”)调节，使杠杆在不挂钩码时，保持静止，达到平衡状态。杠杆调节平衡后，小明在杠杆上A点处挂4个钩码，在B点处挂6个钩码杠杆恰好在原位置平衡。于是小明便得出了杠杆的平衡条件，他这样得出的结论是否合理？为什么？—小明经过实验后，最终得出了杠杆的平衡条件—。实验结束后，小明提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成立？”于是小组同学利用如图乙所示装置进行探究，发现在杠杆左端的不同位置，用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于平衡状态时，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。其原12.如图是小明利用刻度均匀的杠杆进行探究“杠杆的平衡条件”的实验。如图甲所示，实验前杠杆左端下沉，这时小明应将两端的平衡螺母向调节，直到杠杆水平位置平衡。如图乙所示挂上钩码后，杠杆恰好在如图位置平衡，此时要将A点下方所挂钩码向—移动小格，使杠杆继续在水平位置平衡，这样做的目的一。小明根据正确操作后得到的这一组数据得出了杠杆的平衡条件，分析他得出结论的方式并不科学，原因是—。如图丙所示，若右侧不挂钩码，改用弹簧测力计在B点向下拉杠杆，使杠杆仍在水平位置平衡，当测力计从。位置转到力位置时，其示数大小将变—。小王用图丁装置进行探究，发现总是无法得到课本上所给出的杠杆平衡条件，原因—。答案一、实验题【答案】仅由一次实验得到的结论具有偶然性，不能作为普遍适用的物理规律【解析】探究杠杆的平衡条件实验应多次测量寻找普遍规律。【答案】3；0.75；变大(2)【解析】一个钩码的重是0.5N，设杠杆一个小格是L；根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2得，2x0.5Nx3L=FbX2L，解得乌=1.5N(B处钩码总重为1.5N)，即在B处挂3个钩码；根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2得，1NX3L=FcX4L，解得作=0.75N，即测力计的拉力为0.75N；如改变弹簧测力计拉力的方向，使之斜向右上方，阻力和阻力臂不变，动力臂减小，动力将增大，所以弹簧测力计示数变大，才能使杠杆仍然水平平衡。根据杠杆平衡的条件可知，在阻力和阻力臂不变时，动力臂越长越省力；由图示可知，以。刀为动力臂时，动力臂最长，此时最省力；连接。刀，过刀点做。刀的垂线，为使杠杆平衡，力的方向应垂直于0刀向上。【答案】水平F1(3)【解析】杠杆的重心通过支点，杠杆重力的力臂为零，可以消除杠杆重对杠杆平衡的影响。当弹簧测力计倾斜拉动杠杆在水平位置平衡时，力臂没有在杠杆上。杠杆在水平位置平衡，钩码挂在B点，灼的力臂是0B，弹簧测力计倾斜拉动杠杆在水平位置平衡，F1的力臂为。》小明认为F1的力臂为0A是错误的。从支点0向F1所在的直线作垂线，并用双向箭头标出垂线段L1，即为F1的力臂。如答图所示。【答案】右；测量力臂的大小1<；根据F1L1=F2L2，左侧的力和力臂不变，而现在动力臂变小了，所以F1<F2【解析】实验前的装置如图甲所示，杠杆左端向下倾斜，说明杠杆的重心在左端，故应向右调节平衡螺母，调节杠杆在水平位置平衡，此时杠杆的重心过支点，杠杆自重的力臂为0,主要目的是消除杠杆自重的影响；使杠杆在水平位置平衡，支点到力的作用点的距离就是力臂，便于测量力臂大小。如图乙所示，在位置A挂上两个相同钩码时，由杠杆的平衡条件，F1L1=F2L2，2GX2L=nG%4L，n=1，应该在位置B挂上个同样的钩码，才能使杠杆重新在水平位置平衡。在位置B换用弹簧测力计，如图丙所示，沿两个方向拉弹簧测力计，使杠杆保持水平平衡，则两次施加的拉力F1<F2，依据是：根据F1L1=F2L2，左侧的力和力臂不变，原来动力臂为4L，现在动力臂小于4L，即的L1>L1'，所以F1<F2。【答案】右；水平0.15能；等于【解析】调节杠杆在水平位置平衡，杠杆左端下沉，右端偏高，左端的平衡螺母应向上翘的右端移动，使杠杆在水平位置平衡；杠杆平衡条件为：七«=乌匕；由杠杆平衡条件得：1.5Nx0.1m=1NXL2，得：L2=0.15m；丙同学通过对数据分析后得出的结论是：动力X支点到动力作用点的距离=阻力X支点到阻力作用点的距离，与小组同学交流后，乙同学为了证明丙同学的结论是错误的，他做了如图C的实验，此实验能得到“动力X支点到动力作用点的距离=阻力X支点到阻力作用点的距离”，这个结论是不正确的；当动力臂不等于支点到动力作用点的距离时，看实验结论是否成立，所以利用图c进行验证;杠杆平衡条件为：外«=乌匕。由杠杆平衡条件得：4x0.5Nx3x5cm=3Nx1x4x5cm，左右相等，杠杆在水平位置平衡2时，动力x动力臂等于阻力x阻力臂”。【答案】低头角度越大，颈椎承受的压力越大当低头角度变大时，重力的力臂越大C不要长时间低头看手机【解析】由表格数据可知，低头角度越大，颈椎承受的压力越大；由图乙知，根据杠杆平衡条件：GY1=F-L2，由于重力是竖直向下的，当低头角度变大时，重力的力臂越大，则力F越大；由表格可知，当低头角度是30度时，颈椎受到的压力为14N；直立时颈椎受到的压力为5N，则颈椎受到的压力约为直立时颈椎受到的压力的也归=2.8倍，故选C；5N由于低头会使颈椎所受压力变大，且角度越大，对颈椎所受压力越大，所以要保护颈椎，不能长时间低头看手机，可适当抬高手机屏幕，减小低头角度，且低头看书久了应适当抬头，以缓解颈椎承受的压力。【答案】右；杠杆自重；测量力臂1竖直向上寻找普遍规律【解析】调节杠杆在水平位置平衡，杠杆右端偏高，右端的平衡螺母应向上翘的右端移动，使杠杆在水平位置平衡，力臂在杠杆上，便于测量力臂大小，同时消除杠杆自重对杠杆平衡的影响。设一个钩码重为G，一格的长度为L；根据杠杆的平衡条件可得：4Gx2L=2Gx泣。解得：n=4，故应该将B处所挂钩码须向右移动4-3=1格。阻力与阻力臂一定时，由杠杆平衡条件可知，当动力臂最大时，动力最小，力的作用点与支点一定，最大力臂为支点到力的作用点的距离，力应与杠杆垂直，为使拉力最小，应竖直向上拉弹簧测力计。探究杠杆平衡的条件时进行多次实验，多次改变挂在支点0两边钩码的质量和悬挂位置，收集杠杆平衡时多组动力，动力臂、阻力和阻力臂的数据，其目的是通过实验数据总结实验结论，使实验结论具有普遍性，避免偶然性。【答案】(1)平衡(2)右；便于杠杆力臂的测量(3)Wi=京(4)右侧(5)变大【解析】杠杆的平衡指杠杆静止或者匀速转动时，我们就说杠杆是平衡的，图中杠杆静止时，处于平衡状态。1：杠杆左端下沉，右端上翘，说明杠杆的重心在支左侧，故应将平衡螺母向右端移动。2：杠杆在水平位置平衡，力臂在杠杆上，便于测量力臂大小。根据以上数据得出杠杆平衡的条件是：动力X动力臂=阻力X阻力臂(或F&=FJ2)根据杠杆平衡条件F111=F212得：如果在两侧钩码下再各取下一个相同的钩码后：左边=GX31=3GI；右边=2GX21=4GI；杠杆不能平衡，右侧会下沉。当弹簧测力计逐渐倾斜时，阻力和阻力臂不变，弹簧测力计拉力F的力臂变小，由杠杆平衡条件：F111=F212，可知弹簧测力计的拉力变大。【答案】(1)平衡；右(2)大于；60。(3)50【解析】杠杆处于静止状态时杠杆平衡；当杠杆静止时，发现杠杆左端低、右端高，为让杠杆在水平位置平衡，这时应将平衡螺母向右调节。弹簧测力计沿竖直方向拉，其读数为2.5N，若拉力F倾斜，如图所示此时F的力臂变短，根据杠杆的平衡条件知，力变大，弹簧测力计的示数大于2.5N；随着倾角的增大，弹簧测力计的示数越来越大，弹簧测力计的量程为5N，即拉力最大为5N，根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2，当阻力和阻力臂不变时，动力变为原来的二倍，则动力臂变为原来的二分之一，即06=1。刀，三角形的直角边等于斜边的一半，此直角边对应的角为30。，所以拉力与2竖直方向的最大夹角为60。。设杠杆的总长度为4a，平衡螺母不移动时，