探究杠桿的平衡條件實驗

張圣軍　邱教玉

探究杠桿的平衡條件實驗既是同學們學習的重點，又是中考的高頻考點，下面從該實驗的重點、難點以及易錯點3個方面進行分析說明。

要點提煉

1.重點：該實驗的考查重點主要有以下3個方面。

（1）杠桿在水平位置的調(diào)平分為掛鉤碼前的調(diào)平和掛鉤碼后的調(diào)平。為了消除杠桿自身重力對杠桿平衡的影響，掛鉤碼前要讓杠桿的中點掛在支點上，且要調(diào)整杠桿兩端的平衡螺母，使其在水平位置平衡。（杠桿哪端高，平衡螺母就向哪端調(diào)節(jié)。）

（2）為了便于從杠桿上直接讀取力臂的長度，掛鉤碼后，通過調(diào)節(jié)鉤碼的個數(shù)和位置，仍然要讓杠桿在水平位置平衡。

（3）通過對實驗數(shù)據(jù)的分析得出杠桿的平衡條件：動力 × 動力臂 = 阻力 × 阻力臂。

2.難點：該實驗的難點是對力臂概念的理解，很多同學常常誤認為力臂是支點到力的作用點的距離，而不是支點到力的作用線的距離。為此，同學們可用彈簧測力計替代一邊的鉤碼，通過改變拉力的方向，觀察彈簧測力計示數(shù)的變化，明確只有當拉力的方向跟杠桿垂直時彈簧測力計的示數(shù)才最小，再通過對實驗數(shù)據(jù)的分析得出正確的實驗結(jié)論。

3.易錯點：該實驗的易錯點主要有以下4個方面。

（1）誤認為不在水平位置靜止的杠桿是不平衡的。

（2）掛鉤碼后，為使杠桿在水平位置平衡，誤認為仍然可以調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母。

（3）當杠桿不平衡時，誤認為杠桿將向力大的一邊或力臂長的一端轉(zhuǎn)動。（實際上杠桿是向力與力臂的乘積大的一方轉(zhuǎn)動。）

（4）誤認為多次測量的目的是為了減小實驗誤差。（該實驗多次測量的目的是了尋找普遍規(guī)律：動力 × 動力臂 = 阻力 × 阻力臂。）

探究應用

例 （2021·江西）探究杠桿的平衡條件，回答下列問題。

【猜想與假設】

猜想一：動力 × 動力臂 =? 阻力 × 阻力臂。

猜想二：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。

【設計實驗與進行實驗】

（1）如圖甲所示，應將杠桿兩端的螺母向________（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)，使杠桿在水平位置平衡。

（2）如圖乙所示，小明同學掛上鉤碼并調(diào)節(jié)鉤碼的位置，使杠桿水平平衡，記錄的實驗數(shù)據(jù)如下表。

（3）改變鉤碼的_______和鉤碼的位置重復上述實驗兩次，記錄的數(shù)據(jù)如下表。

【分析與論證】

根據(jù)小明同學的數(shù)據(jù)可驗證猜想_______（選填“一”、“二”或“一和二”）是正確的。而小紅同學則認為小明同學每組數(shù)據(jù)中的力臂恰好都等于支點到力的作用點的距離，具有一定的特殊性，還應改變動力或阻力的_______進行實驗。

于是，小紅同學協(xié)助小明同學按圖丙方式進行實驗，獲得表中后兩組數(shù)據(jù)。綜合分析表中數(shù)據(jù)可驗證猜想_______是錯誤的。若要驗證另一種猜想是否正確，必須添加的測量工具是_______。

通過以上探究，小明同學真正理解了力臂是支點到_______的距離。

答案：【設計實驗與進行實驗】（1）左 （3）個數(shù) 【分析與論證】一和二 方向? ?二刻度尺 力的作用線