Question

10．小明在“研究杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中：

（1）把杠桿支起在支架上，觀察到杠桿左端下沉，當(dāng)他去調(diào)節(jié)螺母時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)螺母已丟失，聰明的小明在右側(cè)末端適當(dāng)纏些透明膠就使杠桿在水平位置平衡了．小明先調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡這樣做的目的是排除杠桿自重對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響．
（2）某次測(cè)量中，如圖甲所示的杠桿已處于平衡狀態(tài)，若小明在兩邊鉤碼下方各拿走兩個(gè)鉤碼，杠桿向左（填“左”或”右”）端將下沉．為使杠桿恢復(fù)水平平衡，小明應(yīng)將左側(cè)剩余的兩個(gè)鉤碼移至D處（填“A”或“B”或“D”或“E”）．
（3）有的同學(xué)按現(xiàn)有方案得出如下結(jié)論：“動(dòng)力×支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離=阻力×支點(diǎn)到阻力作用點(diǎn)的距離”．這個(gè)結(jié)論與杠桿平衡條件不符，原因是實(shí)驗(yàn)過程中B（填字母）．
A．沒有改變力的大小               B．沒有改變力的方向
C．沒有改變力的作用點(diǎn)             D．實(shí)驗(yàn)次數(shù)較少，結(jié)論具有偶然性．
（4）小華在實(shí)驗(yàn)過程中，保持阻力、阻力臂不變，在杠桿水平平衡時(shí)，測(cè)出每一組動(dòng)力臂L₁和動(dòng)力F₁的數(shù)據(jù)，并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制了F₁與L₁的關(guān)系圖象，如圖乙所示．請(qǐng)根據(jù)圖象推算，當(dāng)L₁為0.1m時(shí)，F(xiàn)₁為6N．

Answer 1

分析 （1）杠桿平衡調(diào)節(jié)原則是：右低將平衡螺母左調(diào)，左低將平衡螺母右調(diào)．調(diào)節(jié)螺母的本質(zhì)是使移動(dòng)杠桿的重心在支點(diǎn)上，這時(shí)杠桿平衡．如無螺母，也可采取其他措施，移動(dòng)杠桿的重心到支點(diǎn)，使杠桿平衡．觀察到杠桿左端下沉，所以可在杠桿右側(cè)末端適當(dāng)纏些透明膠就使杠桿在水平位置平衡了．
（2）若杠桿平衡，再從兩邊鉤碼下方各拿走鉤碼，分析杠桿的平衡，可先分別算出此時(shí)的F₁×L₁和F₂×L₂大小進(jìn)行比較確定．
當(dāng)杠桿 F₁×L₁=F₂×L₂，杠桿平衡；
當(dāng)杠桿 F₁×L₁＞F₂×L₂，杠桿F₁端下沉；
當(dāng)杠桿 F₁×L₁＜F₂×L₂，杠桿F₂端下沉；
若杠桿重新平衡，移動(dòng)鉤碼，仍需F₁×L₁=F₂×L₂．
（3）從支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的垂直距離叫動(dòng)力臂；從支點(diǎn)到阻力作用線的垂直距離叫阻力臂．
（4）由于阻力和阻力臂不變，故據(jù)杠桿的平衡條件分析即可解決．

解答 解：（1）在“研究杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中，我們應(yīng)首先調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡．這一調(diào)節(jié)過程的目的是為了使杠桿的自重對(duì)杠桿平衡不產(chǎn)生影響．
    在杠桿調(diào)平時(shí)，觀察到杠桿左端下沉，說明水平時(shí)重心在支點(diǎn)左邊，使重心右移，杠桿才能平衡，在沒有螺母的情況下，在右側(cè)末端纏些透明膠能使杠桿重心向右移動(dòng)，纏適量透明膠，當(dāng)重心到支點(diǎn)處，杠桿就平衡了．
（2）小明在兩邊鉤碼下方各拿走兩個(gè)鉤碼，此時(shí)左邊剩2個(gè)鉤碼，右邊剩1個(gè)鉤碼，左邊：F₁×L₁=2個(gè)×3格，右邊：F₂×L₂=1個(gè)×4格，F(xiàn)₁×L₁＞F₂×L₂，杠桿左邊下沉．
為使杠桿恢復(fù)水平平衡，設(shè)鉤碼重為G，杠桿每小格為1cm．根據(jù)杠桿的平衡條件F₁L₁=F₂L₂，得：
L₁=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{F}_{1}}$=$\frac{G×4cm}{2G}$=2cm，所以小明應(yīng)將左側(cè)剩余的兩個(gè)鉤碼移至D處．
（3）“動(dòng)力×支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離=阻力×支點(diǎn)到阻力作用點(diǎn)的距離”，是在杠桿在水平位置平衡且動(dòng)力和阻力的方向都是豎直向下的條件下得出的，也就是實(shí)驗(yàn)過程中沒有改變動(dòng)力或阻力的方向．故選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確．
（4）由于此題中的阻力和阻力臂不變，據(jù)F₁L₁=F₂L₂可知，利用圖象中任意一組數(shù)據(jù)都能得出，F(xiàn)₂L₂=F₁L₁=0.2m×3N=0.6N•m；
故若當(dāng)L₁為0.1m時(shí)，F(xiàn)₁=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{L}_{1}}$=$\frac{0.6N•m}{0.1m}$=6N．
故答案為：（1）右；排除杠桿自重對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響；（2）左；D；（3）B；（4）6．

點(diǎn)評(píng) 杠桿在水平位置平衡后，支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離就是力臂，因此在此實(shí)驗(yàn)中我們應(yīng)調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡，以便直接讀出力臂．（4）問不能直接運(yùn)用杠桿平衡條件求解，首先根據(jù)數(shù)據(jù)推出當(dāng)阻力和阻力臂的乘積不變時(shí)，動(dòng)力跟動(dòng)力臂的乘積也不變．然后根據(jù)動(dòng)力跟動(dòng)力臂的乘積表示出動(dòng)力和動(dòng)力臂的關(guān)系．