Question

（2011?河西區(qū)二模）實驗臺上有如下器材：一個帶支架且有刻度的杠桿、一個量程為0～5N的彈簧測力計、4個質(zhì)量均為100g的鉤碼和細繩．請你利用上述器材設計一個實驗，證明“在杠桿平衡時，如果動力臂和阻力臂保持不變，則動力的變化量跟阻力的變化量成正比”．
（1）在如圖所示的杠桿中，如果用點A表示鉤碼懸掛在杠桿上的位置，用點B表示彈簧測力計作用在杠桿上的位置，請在圖中的杠桿上標出B點的位置；
（2）根據(jù)你設計的實驗，寫出主要的實驗步驟；
（3）設計一個表格，用于記錄所需的數(shù)據(jù)；
（4）在證明這一結(jié)論時，應如何處理分析數(shù)據(jù)．

Answer 1

分析：（1）把鉤碼看成阻力，把彈簧測力計施加的力看成動力，鉤碼的總重約為4N，彈簧測力計的量程為0～5N，所以彈簧測力計拉力可以在支點右側(cè)的≥第3格的任意整格處施加豎直向上的力，或者也可以在杠桿左側(cè)≥第3格處施加豎直向下的力．
（2）在A處掛不同的鉤碼，計算阻力，在B處豎直向上拉動杠桿，測量動力．
（3）分別計算阻力變化量和動力變化量，觀察在動力臂和阻力臂不變時，動力變化量和阻力變化量的關系．
（4）實驗中為了使實驗結(jié)論更具有普遍性，要進行多次實驗．所以實驗表格中要包括實驗次數(shù)、動力臂、阻力臂、動力、阻力、動力變化量、阻力變化量、鉤碼質(zhì)量．

解答：解：（1）A點懸掛鉤碼，其拉力是豎直向下的，要使杠桿平衡，可在杠桿的右側(cè)施加豎直向上的拉力，或在杠桿的左側(cè)施加豎直向下的拉力．
因此，B點的位置有多個選擇．如圖所示（答案不唯一）．
（2）以鉤碼的重力為阻力，以彈簧測力計的拉力為動力，在不改變力臂的情況下，依次改變掛鉤碼的個數(shù)（因有4只鉤碼，所以共改變4次），用彈簧測力計拉杠桿使其在水平位置平衡，并記錄相關數(shù)據(jù)．最后對數(shù)據(jù)進行分析歸納．
實驗步驟：①用細繩做一個繩套，拴牢在杠桿的B位置處，調(diào)節(jié)杠桿使其水平平衡，把動力臂L_動、阻力臂L_阻記錄在表格中．將彈簧測力計的指針調(diào)節(jié)到零刻度線位置．
②在A位置處掛1個鉤碼，在B位置處豎直向上拉彈簧測力計，使杠桿水平平衡，將所掛鉤碼的質(zhì)量m₀、彈簧測力計示數(shù)F_動0記錄在表格中．
③在A點處加掛1個鉤碼，在B點處豎直向上拉彈簧測力計，使杠桿水平平衡，將所掛鉤碼的總質(zhì)量m₁、彈簧測力計示數(shù)F_動1記錄在表格中．
④仿照步驟③，重復2次，每次在A點處加掛1個鉤碼，在B位置處豎直向上拉彈簧測力計，使杠桿水平平衡；將各次所掛鉤碼的總質(zhì)量、彈簧測力計示數(shù)記錄在表格中．
⑤根據(jù)F_阻=G_砝碼=m_砝碼g，分別算出每次施加在A位置的阻力大小記錄在表格中．
⑥分別算出實驗中動力變化量△F_動和對應的阻力變化量△F_阻；將以上數(shù)據(jù)記錄在表格中．
（3）在記錄實驗數(shù)據(jù)時，應包括動力、阻力、動力臂、阻力臂、動力變化量、阻力變化量、鉤碼質(zhì)量等．因有4只鉤碼，實驗次數(shù)可設定為4次．
實驗數(shù)據(jù)記錄表格：

實驗次數(shù)	1	2	3	4
動力臂L動/cm
阻力臂L阻/cm
鉤碼質(zhì)量m/g
動力F動/N
阻力F阻/N
動力變化量△F動/N
阻力變化量△F阻/N

（4）在分析處理數(shù)據(jù)時，應分別算出實驗中動力變化量△F_動和對應的阻力變化量△F_阻，通過分析兩者之間的比值是否變化，得出二者是否成正比．
故答案為：（1）如圖；（2）實驗步驟同上；（3）見上表；
（4）分別算出實驗中動力變化量△F_動和對應的阻力變化量△F_阻，分析兩者之間的比值情況，歸納變化規(guī)律．

點評：這個實驗不只是驗證杠桿平衡條件，而是探究動力臂、阻力臂不變時，動力變化量和阻力變化量之間的關系，對于學生來講有較大的難度，尤其是表格的設計．注意記錄的內(nèi)容應包括兩個變化量，同時根據(jù)提供的鉤碼情況確定實驗進行的次數(shù)，具有一定的挑戰(zhàn)性．