Question

如圖1所示，小明利用鐵架臺、帶有刻度的杠桿、重為1N的鉤碼（若干）等器材探究杠桿的平衡條件．

（1）在掛鉤碼前，小明發現杠桿左端高，右端低，他應將杠桿的平衡螺母向

 

（選填：“左”或“右”）調節，使杠桿在水平位置平衡．
（2）杠桿在水平位置平衡后，小明進行了兩次杠桿平衡實驗，數據記錄在下表中．

實驗 次序	動力 F1/N	動力臂 L1/cm	阻力 F2/N	阻力臂 L2/cm
1	4	10	4	10
2	4	10	2	20

①根據第1次實驗，對杠桿平衡條件有以下猜想
猜想一：F₁ L₁=F₂ L₂    猜想二：F₁：F₂=L₁：L₂  猜想三F₁²L₁²=F₂²L₂²
結合第2次實驗，能夠排除的是猜想

 

（選填：“一”、“二”或“三”）．
②第3次實驗：2個鉤碼一組掛在杠桿右端如圖2所示，另外3個鉤碼作為一組掛在左端時，杠桿水平平衡．請在圖中畫出本次實驗時，杠桿上所掛鉤碼的示意圖．③再通過多次實驗…最終得到了杠桿平衡條件．
（3）書包重約15～20N，用量程0～5N的測力計不能直接測出書包重力，小明利用-米長的硬木尺（重力忽略不計）和書桌邊緣，測量出三個數據從而粗略測出書包重力．請在方框內畫出能測量書包重力的示意圖（要求：彈簧測力計必須豎直向上用力）．除了讀出彈簧測力計的拉力讀數外，另外兩個要測量的數據分別是：①

 

；②

 

．

Answer 1

分析：（1）在調節杠桿平衡時，將平衡螺母向較高的一端調節；
（2）①根據第2次實驗，將數據代入猜想關系式，若不成立，則猜想被排除；
②根據杠桿的平衡條件：F₁L₁=F₂L₂，將已知條件代入便可求出未知量，并作出示意圖；
（3）根據杠桿的平衡條件，可使桌子的邊緣作為支點，動力作用在尺子的最右端，使測力計對尺子的拉力力臂大約為書包對尺子拉力力臂的4倍，根據杠桿的平衡條件，讀出測力計的示數、兩個拉力的力臂，代入平衡條件公式便可求出書包的重力．

解答：解：（1）由圖知，左端較高，應將平衡螺母向左調節，使杠桿在水平位置平衡；
（2）①由第二組數據知，動力和動力臂的乘積與阻力和阻力臂的乘積相等，滿足猜想一；
動力和阻力的比值等于動力臂和阻力臂的反比，不滿足猜想二；
動力和動力臂平方的乘積與阻力和阻力臂平方的乘積相等，滿足猜想三；由以上分析知，應該排除猜想二；
②設每個鉤碼的重力為G，每個小格的長度為L，根據杠桿的平衡條件：
F₁L₁=F₂L₂
3G×L₁=2G×3L
解得：L₁=2L
所以應將3個鉤碼掛在左端離支點2個格處，示意圖如圖所示：

（3）由題意知，書包的重力大約為該測力計量程的3到4倍，所以測力計到支點的距離大約為書包到支點距離的3到4倍，如圖：

根據杠桿的平衡條件，要測出書包的重力，除了要讀出測力計的示數外，還應測出測力計拉力的力臂及書包拉力的力臂，代入平衡條件公式，便可求出書包的重力．
故答案為：（1）左；（2）①二；②見上圖2；（3）示意圖見上圖3；彈簧測力計的力臂L₁；書包對杠桿拉力力臂L₂．

點評：要掌握杠桿的調平方法，哪邊高，將平衡螺母向哪端移動；此題給出了3個猜想，要根據實驗數據驗證其是否正確，此時可將測量數據代入進行驗證，對于杠桿平衡條件，一定要掌握且能靈活運用．