Question

實(shí)驗(yàn)臺上有如下器材：一個(gè)帶支架且有刻度的杠桿、一個(gè)量程為0～5N的彈簧測力計(jì)、4個(gè)質(zhì)量均為100g的鉤碼和細(xì)繩．請你利用上述器材設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，證明“在杠桿平衡時(shí)，如果動(dòng)力臂和阻力臂保持不變，則動(dòng)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(diǎn)A表示鉤碼懸掛在杠桿上的位置，用點(diǎn)B表示彈簧測力計(jì)作用在杠桿上的位置，請?jiān)趫D中的杠桿上標(biāo)出B點(diǎn)的位置；
（2）根據(jù)你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，寫出主要的實(shí)驗(yàn)步驟；
（3）設(shè)計(jì)一個(gè)表格，用于記錄所需的數(shù)據(jù)；
（4）在證明這一結(jié)論時(shí)，應(yīng)如何處理分析數(shù)據(jù)．

Answer 1

【答案】分析：（1）把鉤碼看成阻力，把彈簧測力計(jì)施加的力看成動(dòng)力，鉤碼的總重約為4N，彈簧測力計(jì)的量程為0～5N，所以彈簧測力計(jì)拉力可以在支點(diǎn)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(jì)算阻力，在B處豎直向上拉動(dòng)杠桿，測量動(dòng)力．
（3）分別計(jì)算阻力變化量和動(dòng)力變化量，觀察在動(dòng)力臂和阻力臂不變時(shí)，動(dòng)力變化量和阻力變化量的關(guān)系．
（4）實(shí)驗(yàn)中為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更具有普遍性，要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)．所以實(shí)驗(yàn)表格中要包括實(shí)驗(yàn)次數(shù)、動(dòng)力臂、阻力臂、動(dòng)力、阻力、動(dòng)力變化量、阻力變化量、鉤碼質(zhì)量．
解答：解：（1）A點(diǎn)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(diǎn)的位置有多個(gè)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(jì)的拉力為動(dòng)力，在不改變力臂的情況下，依次改變掛鉤碼的個(gè)數(shù)（因有4只鉤碼，所以共改變4次），用彈簧測力計(jì)拉杠桿使其在水平位置平衡，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)．最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析歸納．
實(shí)驗(yàn)步驟：①用細(xì)繩做一個(gè)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(dòng)力臂L_動(dòng)、阻力臂L_阻記錄在表格中．將彈簧測力計(jì)的指針調(diào)節(jié)到零刻度線位置．
②在A位置處掛1個(gè)鉤碼，在B位置處豎直向上拉彈簧測力計(jì)，使杠桿水平平衡，將所掛鉤碼的質(zhì)量m、彈簧測力計(jì)示數(shù)F_動(dòng)0記錄在表格中．
③在A點(diǎn)處加掛1個(gè)鉤碼，在B點(diǎn)處豎直向上拉彈簧測力計(jì)，使杠桿水平平衡，將所掛鉤碼的總質(zhì)量m₁、彈簧測力計(jì)示數(shù)F_動(dòng)1記錄在表格中．
④仿照步驟③，重復(fù)2次，每次在A點(diǎn)處加掛1個(gè)鉤碼，在B位置處豎直向上拉彈簧測力計(jì)，使杠桿水平平衡；將各次所掛鉤碼的總質(zhì)量、彈簧測力計(jì)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(shí)驗(yàn)中動(dòng)力變化量△F_動(dòng)和對應(yīng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)包括動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂、阻力臂、動(dòng)力變化量、阻力變化量、鉤碼質(zhì)量等．因有4只鉤碼，實(shí)驗(yàn)次數(shù)可設(shè)定為4次．
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4
動(dòng)力臂L動(dòng)/cm
阻力臂L阻/cm
鉤碼質(zhì)量m/g
動(dòng)力F動(dòng)/N
阻力F阻/N
動(dòng)力變化量△F動(dòng)/N
阻力變化量△F阻/N

（4）在分析處理數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)分別算出實(shí)驗(yàn)中動(dòng)力變化量△F_動(dòng)和對應(yīng)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(shí)驗(yàn)步驟同上；（3）見上表；
（4）分別算出實(shí)驗(yàn)中動(dòng)力變化量△F_動(dòng)和對應(yīng)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(diǎn)評：這個(gè)實(shí)驗(yàn)不只是驗(yàn)證杠桿平衡條件，而是探究動(dòng)力臂、阻力臂不變時(shí)，動(dòng)力變化量和阻力變化量之間的關(guān)系，對于學(xué)生來講有較大的難度，尤其是表格的設(shè)計(jì)．注意記錄的內(nèi)容應(yīng)包括兩個(gè)變化量，同時(shí)根據(jù)提供的鉤碼情況確定實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的次數(shù)，具有一定的挑戰(zhàn)性．