Question

3．【實驗名稱】：探究杠桿平衡的條件
【實驗器材】：杠桿、支架、刻度尺、細線、質(zhì)量相同的鉤碼若干，彈簧測力計．
【設(shè)計并進行實驗】：
（1）實驗前將杠桿的中點置于支架上，當(dāng)杠桿靜止時，發(fā)現(xiàn)杠桿左端下沉，如圖甲所示，小敏同學(xué)趕快將杠桿左端的平衡螺母向右調(diào)，小紅同學(xué)認為也可以將右端的平衡螺母向右（選填“右”或“左”）調(diào)，直到杠桿在水平位置平衡為止；
（2）平衡后，當(dāng)杠桿左側(cè)鉤碼和右側(cè)的鉤碼處于圖乙所示狀態(tài)時，整個裝置能（選填“能”或“不能”）達到新的平衡，若杠桿兩側(cè)各取下一個鉤碼，杠桿會左側(cè)下降．（選填“左側(cè)下降”或“右側(cè)下降”）
（3）若在圖乙所示狀態(tài)下將左側(cè)的一個鉤碼取下，要是杠桿重新在水平位置平衡，應(yīng)將右側(cè)鉤碼向左移動一格（說出鉤碼移動的方向及格數(shù)）

【實驗拓展】
（4）實驗結(jié)束后，小敏提出了新的探究問題：“若支點不在杠桿的中點時，杠桿的平衡條件是否仍然成立？”于是小組同學(xué)利用如圖丙所示裝置進行探究，發(fā)現(xiàn)在杠桿左端的不同位置，用彈簧測力計豎直向上拉，使杠桿處于水平平衡狀態(tài)時，測出的拉力大小都與杠桿平衡條件不相符．其原因是：杠桿自重的影響．
（5）小紅同學(xué)想利用身邊的器材做實驗來驗證杠桿的平衡條件，她把塑料直尺放在圓柱形水杯上，如圖丁所示，使塑料直尺在水平位置平衡，然后在塑料直尺的兩端分別放上不同數(shù)量的相同硬幣，調(diào)節(jié)硬幣的位置，使塑料直尺在水平位置重新平衡，如圖戊所示，
①該同學(xué)把圖戊中的L₁、L₂作為力臂的大小進行計算，其錯誤的原因是l₁與l₂不是支點到硬幣重力作用線的垂直距離．
②該實驗的操作上的不足是平衡很難調(diào)（只寫一條）

Answer 1

分析 （1）杠桿左端下沉，說明杠桿的重心在支點左側(cè)，小敏同學(xué)趕快將杠桿左端的平衡螺母向右調(diào)，小紅同學(xué)認為也可以將右端的平衡螺母向右移，調(diào)節(jié)左右兩端的平衡螺母都可以；
（2）根據(jù)杠桿的平衡條件判斷；
（3）用杠桿平衡條件可對兩側(cè)的力的力臂的乘積進行分析，最后做出判斷；
（4）支點位于動力和阻力的右側(cè)，彈簧測力計不但提了鉤碼，而且還提了杠桿，杠桿的重力對杠桿轉(zhuǎn)動產(chǎn)生了影響；
（5）動力臂是從支點到動力作用線的垂直距離，阻力臂是從支點到阻力作用線的垂直距離，據(jù)此判斷；

解答 解：
（1）杠桿左端下沉，應(yīng)將杠桿重心向右移，所以應(yīng)將兩端的平衡螺母（左端和右端的均可）向右調(diào)節(jié)；
（2）平衡后，當(dāng)杠桿左側(cè)鉤碼和右側(cè)的鉤碼處于圖乙所示狀態(tài)時，設(shè)一個鉤碼的重力G，一格的長度為L，
整個裝置左側(cè)，3G×2L=6GL，右側(cè)，2G×3L=6GL，左右兩側(cè)力與力臂的乘積相等，故杠桿能平衡；
則當(dāng)杠桿兩側(cè)的鉤碼各取下一個杠桿在水平位置平衡時：
左邊=2G×2L=4GL＞右邊=G×3L=3GL；
（3）杠桿左側(cè)的一個鉤碼取下，根據(jù)杠桿平衡的條件，F(xiàn)₁×L₁=F₂×L₂，左邊=2G×2L=2GL；則右邊=2G×2L，即向左移動一格才能使杠桿重新平衡；
故杠桿不再水平平衡，左側(cè)會下降；
（4）圖中，杠桿的重心不在支點上，杠桿的重力對杠桿轉(zhuǎn)動產(chǎn)生了影響，導(dǎo)致拉力F的大小比由杠桿平衡條件計算出來的數(shù)值偏大；
（5）a、由圖可知，l₁和l₂分別是支點到硬幣邊緣的距離，不是到力的作用線的垂直距離，不是兩邊力臂的大小；
b、該實驗的操作上的不足是平衡很難調(diào)、測量很困難．
故答案為：（1）右；（2）能；左側(cè)下降；（3）向左移動一格；（4）杠桿自重的影響；（5）l₁與l₂不是支點到硬幣重力作用線的垂直距離；b、平衡很難調(diào)．

點評 杠桿在水平位置平衡后，支點到力的作用點的距離就是力臂，因此在此實驗中我們應(yīng)首先調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡．