探究杠桿的平衡條件

實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)

1. 實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，首先需要了解杠桿的平衡狀態(tài)：靜止或勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài)。如圖2所示的杠桿靜止在此位置，此時杠桿仍處于平衡狀態(tài)。

2.在此實(shí)驗(yàn)中，將杠桿的支點(diǎn)位于中心位置，這樣可使杠桿自身重力的作用線經(jīng)過支點(diǎn)，即重力的力臂為零，可避免杠桿自重對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，同時讓杠桿處于水平位置的平衡狀態(tài)。這樣做的目的：（1）避免杠桿的自重對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響；（2）便于測量力臂。

3.調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡的方法：將平衡螺母往杠桿高的那一側(cè)調(diào)。無論平衡螺母在杠桿的左側(cè)還是右側(cè)都遵循“杠桿哪邊高，平衡螺母就往哪邊調(diào)”的規(guī)則。

4.使本實(shí)驗(yàn)更具有普遍性的操作：

（1）方法一：分別讓l1 gt; l2，l1" =" l2，l1 lt; l2，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。

（2）方法二：每次實(shí)驗(yàn)都在上一次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，只改變F2、l1、l2中的一個量，觀察F1的變化。即首先只改變F2，保持l1、l2不變；然后只改變l1，保持F2、l2不變；最后只改變l2，保持F2、l1不變，這樣就能探究到每一個變量。

（3）方法三：彈簧測力計不僅僅只局限于與鉤碼在異側(cè)做實(shí)驗(yàn)，也可與鉤碼在同側(cè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但此時彈簧測力計需豎直向上拉。

5.實(shí)驗(yàn)拓展：本實(shí)驗(yàn)也可斜拉彈簧測力計進(jìn)行探究。通過斜拉的操作，感受力的變化，動力變大了是由于斜拉使動力臂變小了導(dǎo)致的。如圖3所示作出的斜拉的力臂圖，力臂是支點(diǎn)到力的作用線的距離，而不是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離，防止得出“動力 × 支點(diǎn)到動力作用點(diǎn)的距離 = 阻力 × 支點(diǎn)到阻力作用點(diǎn)的距離”這樣的錯誤結(jié)論。

能力提升

如圖4所示，同學(xué)們在做“探究杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)。

（1）實(shí)驗(yàn)前，杠桿在圖甲所示的位置靜止，此時杠桿處于 （選填“平衡”或“非平衡”）狀態(tài)；應(yīng)該將平衡螺母向 （選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)。

（2）實(shí)驗(yàn)中，在杠桿的兩側(cè)加掛鉤碼，并移動鉤碼的位置，使杠桿始終在水平位置平衡，這樣做的目的是便于測量 的大小；進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄在表格中，多次實(shí)驗(yàn)的目的是 ；小明根據(jù)表1所測數(shù)據(jù)得出杠桿平衡的條件是：" " " " " " " " " " " " " " " " " ""。

（3）如圖乙所示，保持杠桿水平位置平衡，測力計從a位置轉(zhuǎn)到b位置，其示數(shù)大小將 （選填“變大”“變小”或“不變”）；當(dāng)測力計轉(zhuǎn)到b位置，此時杠桿恰為 （選填“省力”“費(fèi)力”或“等臂”）杠桿。

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小明提出了新的探究問題：“若支點(diǎn)不在杠桿的中點(diǎn)時，杠桿平衡條件是否仍然成立？”于是小明利用如圖丙所示裝置進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)在杠桿左端的不同位置，用彈簧測力計豎直向上拉，使杠桿在水平位置處于平衡時，測出的拉力大小與杠桿平衡條件不相符。其原因是 對實(shí)驗(yàn)的影響。

（5）實(shí)驗(yàn)中，用如圖丁所示的方式懸掛鉤碼，杠桿也能在水平位置平衡（杠桿上每小格長度相等），但老師提醒大家不要采用這種方式，主要是因?yàn)檫@種方式

（填字母）。

A. 一個人無法獨(dú)立操作" " " B. 需要使用太多的鉤碼

C. 力臂與杠桿不重合" " " " D. 力和力臂數(shù)目過多

（6）小飛準(zhǔn)備每組實(shí)驗(yàn)在上一次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上依次改變F2、l1和l2中的一個量，由此測得杠桿平衡時所需要的拉力F1，來尋找F1、F2、l1和l2四個物理量之間的關(guān)系，表2是他得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

在這4組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，第 組與之前的實(shí)驗(yàn)改變的是同一個物理量。

那么他應(yīng)該如何進(jìn)行此次實(shí)驗(yàn)：" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "。

答案：（１）平衡 右 （2）力臂 避免實(shí)驗(yàn)的偶然性，使結(jié)論具有普遍規(guī)律 F1l1 = F2l2 （3）變小 等臂 （4）杠桿自重 （5）D （6）4 保持F2和l1不變，只改變l2

綜合實(shí)踐

桿秤是一種稱量質(zhì)量的常用工具，小明找到一把帶有秤砣的桿秤，向爺爺請教了桿秤的幾個部件名稱（如圖5所示），初步掌握了使用方法并進(jìn)行了嘗試：不掛重物，提住秤紐，當(dāng)秤砣移動至定盤星處時，秤桿恰能處于平衡狀態(tài)；將被稱重物掛在秤鉤上，移動秤砣懸線位置直至秤桿平衡，通過桿身刻度直接讀出重物質(zhì)量。

（1）分析可知，桿秤屬于 這種簡單機(jī)械，它主要利用了 這一物理原理來工作。

（2）小明發(fā)現(xiàn)系秤砣的繩子較長且有一段磨損嚴(yán)重，他把這部分剪去，將剩余部分繩子接好掛在秤桿上使用，這會導(dǎo)致測量的結(jié)果 （選填“偏大”“不變”“偏小”）。

（3）小明找來一把刻度尺，想不借助其他器材測量出秤砣的質(zhì)量，請幫他寫出必要的測量步驟，并用所測得的物理量符號表示出秤砣質(zhì)量的表達(dá)式。

①必要的步驟：" " " " " " " " " " " " " " " " "" 。

②秤砣質(zhì)量的表達(dá)式： " " " " " " " " " " " " " " " 。

（4）小明發(fā)現(xiàn)市面上多數(shù)桿秤有兩個秤紐及兩個量程（如圖6所示），使用秤紐 （選填“A”或“B”）時的量程較大。

答案：（1）杠桿" "杠桿的平衡條件（或杠桿原理） （2）偏大 （3）①在秤鉤上掛一個重物；調(diào)節(jié)秤砣，使秤桿平衡；讀出桿身刻度示數(shù)為m；測出秤紐到秤鉤所在直線的距離l1，測出秤紐到秤砣所在直線的距離l2 ②m秤砣 [=ml2l1] （4）B

（作者單位：江蘇省阜寧縣明達(dá)初級中學(xué)）