Question

10．小明在“研究杠桿平衡條件”的實驗中：

（1）把杠桿支起在支架上，觀察到杠桿左端下沉，當他去調(diào)節(jié)螺母時，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實驗的影響．
（2）某次測量中，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鉤碼，杠桿向左（填“左”或”右”）端將下沉．為使杠桿恢復水平平衡，小明應將左側(cè)剩余的兩個鉤碼移至D處（填“A”或“B”或“D”或“E”）．
（3）有的同學按現(xiàn)有方案得出如下結論：“動力×支點到動力作用點的距離=阻力×支點到阻力作用點的距離”．這個結論與杠桿平衡條件不符，原因是實驗過程中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             D．實驗次數(shù)較少，結論具有偶然性．
（4）小華在實驗過程中，保持阻力、阻力臂不變，在杠桿水平平衡時，測出每一組動力臂L₁和動力F₁的數(shù)據(jù)，并利用實驗數(shù)據(jù)繪制了F₁與L₁的關系圖象，如圖乙所示．請根據(jù)圖象推算，當L₁為0.1m時，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)是使移動杠桿的重心在支點上，這時杠桿平衡．如無螺母，也可采取其他措施，移動杠桿的重心到支點，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，可先分別算出此時的F₁×L₁和F₂×L₂大小進行比較確定．
當杠桿 F₁×L₁=F₂×L₂，杠桿平衡；
當杠桿 F₁×L₁＞F₂×L₂，杠桿F₁端下沉；
當杠桿 F₁×L₁＜F₂×L₂，杠桿F₂端下沉；
若杠桿重新平衡，移動鉤碼，仍需F₁×L₁=F₂×L₂．
（3）從支點到動力作用線的垂直距離叫動力臂；從支點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”的實驗中，我們應首先調(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杠桿平衡不產(chǎn)生影響．
    在杠桿調(diào)平時，觀察到杠桿左端下沉，說明水平時重心在支點左邊，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，纏適量透明膠，當重心到支點處，杠桿就平衡了．
（2）小明在兩邊鉤碼下方各拿走兩個鉤碼，此時左邊剩2個鉤碼，右邊剩1個鉤碼，左邊：F₁×L₁=2個×3格，右邊：F₂×L₂=1個×4格，F(xiàn)₁×L₁＞F₂×L₂，杠桿左邊下沉．
為使杠桿恢復水平平衡，設鉤碼重為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，所以小明應將左側(cè)剩余的兩個鉤碼移至D處．
（3）“動力×支點到動力作用點的距離=阻力×支點到阻力作用點的距離”，是在杠桿在水平位置平衡且動力和阻力的方向都是豎直向下的條件下得出的，也就是實驗過程中沒有改變動力或阻力的方向．故選項A、C、D錯誤，選項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L₁為0.1m時，F(xiàn)₁=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{L}_{1}}$=$\frac{0.6N•m}{0.1m}$=6N．
故答案為：（1）右；排除杠桿自重對實驗的影響；（2）左；D；（3）B；（4）6．

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）問不能直接運用杠桿平衡條件求解，首先根據(jù)數(shù)據(jù)推出當阻力和阻力臂的乘積不變時，動力跟動力臂的乘積也不變．然后根據(jù)動力跟動力臂的乘積表示出動力和動力臂的關系．