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3. 小丽利用如图12-1-11所示的装置探究杠杆平衡条件。
(1)实验前,杠杆静止在如图12-1-11甲所示的位置,此时杠杆
(2)几次实验数据记录如下表。第三次实验(如图12-1-11乙所示)中,阻力臂应为
(3)如图12-1-11丙所示,小丽在A位置挂3个钩码,使用弹簧测力计在B位置继续进行实验,现将弹簧测力计由竖直(沿图中C方向)变为倾斜(沿图中D方向)拉杠杆,在此过程中杠杆始终在水平位置保持平衡,则弹簧测力计示数
(4)小丽又用图12-1-11丁所示的装置进行探究,发现总是无法得到教材上所给出的杠杆平衡条件,其原因是
(1)实验前,杠杆静止在如图12-1-11甲所示的位置,此时杠杆
平衡
(选填“平衡”或“不平衡”),小丽应将平衡螺母向右
(选填“左”或“右”)移动,使杠杆在水平位置平衡,其目的是力臂刚好在杠杆上,便于测量力臂
。(2)几次实验数据记录如下表。第三次实验(如图12-1-11乙所示)中,阻力臂应为
20
$\mathrm{cm}$。若保持动力、阻力大小不变,将两侧钩码同时向支点移动$5\ \mathrm{cm}$,杠杆右
端会下沉。(3)如图12-1-11丙所示,小丽在A位置挂3个钩码,使用弹簧测力计在B位置继续进行实验,现将弹簧测力计由竖直(沿图中C方向)变为倾斜(沿图中D方向)拉杠杆,在此过程中杠杆始终在水平位置保持平衡,则弹簧测力计示数
变大
(选填“变大”“变小”或“不变”),原因是弹簧测力计拉力的力臂变小
。(4)小丽又用图12-1-11丁所示的装置进行探究,发现总是无法得到教材上所给出的杠杆平衡条件,其原因是
杠杆自身所受的重力对杠杆平衡产生了影响
。答案
3. (1)平衡 右 力臂刚好在杠杆上,便于测量力臂
(2)20 右 (3)变大 弹簧测力计拉力的力臂变小 (4)杠杆自身所受的重力对杠杆平衡产生了影响 【解析】(1)杠杆处于静止状态,则杠杆处于平衡状态。此时杠杆左端低右端高,为了使杠杆在水平位置平衡,应将平衡螺母向右调节。杠杆在水平位置平衡时,力臂刚好在杠杆上,便于测量力臂的大小。(2)根据$F_{1}l_{1}=F_{2}l_{2}$,第三次实验中$l_{2}=\frac {F_{1}l_{1}}{F_{2}}=\frac {1.0\ \mathrm{N}×0.30\ \mathrm{m}}{1.5\ \mathrm{N}}=0.20\ \mathrm{m}=20\ \mathrm{cm}$。若将两侧钩码同时向支点移动$5\ \mathrm{cm}$,$F_{1}l_{1}'=1.0\ \mathrm{N}×(0.30\ \mathrm{m}-0.05\ \mathrm{m})=0.25\ \mathrm{N·m}$,$F_{2}l_{2}'=1.5\ \mathrm{N}×(0.20\ \mathrm{m}-0.05\ \mathrm{m})=0.225\ \mathrm{N·m}$,$F_{1}l_{1}'＞F_{2}l_{2}'$,即杠杆右端会下沉。(3)将弹簧测力计拉力的方向由竖直变为倾斜,保持杠杆在水平位置平衡,拉力的力臂变小,拉力将变大。(4)题图丁中杠杆支点不在重心处,由于杠杆自身重力的力臂不为0,会产生使杠杆绕支点转动的效果,对杠杆平衡产生了影响。
(2)20 右 (3)变大 弹簧测力计拉力的力臂变小 (4)杠杆自身所受的重力对杠杆平衡产生了影响 【解析】(1)杠杆处于静止状态,则杠杆处于平衡状态。此时杠杆左端低右端高,为了使杠杆在水平位置平衡,应将平衡螺母向右调节。杠杆在水平位置平衡时,力臂刚好在杠杆上,便于测量力臂的大小。(2)根据$F_{1}l_{1}=F_{2}l_{2}$,第三次实验中$l_{2}=\frac {F_{1}l_{1}}{F_{2}}=\frac {1.0\ \mathrm{N}×0.30\ \mathrm{m}}{1.5\ \mathrm{N}}=0.20\ \mathrm{m}=20\ \mathrm{cm}$。若将两侧钩码同时向支点移动$5\ \mathrm{cm}$,$F_{1}l_{1}'=1.0\ \mathrm{N}×(0.30\ \mathrm{m}-0.05\ \mathrm{m})=0.25\ \mathrm{N·m}$,$F_{2}l_{2}'=1.5\ \mathrm{N}×(0.20\ \mathrm{m}-0.05\ \mathrm{m})=0.225\ \mathrm{N·m}$,$F_{1}l_{1}'＞F_{2}l_{2}'$,即杠杆右端会下沉。(3)将弹簧测力计拉力的方向由竖直变为倾斜,保持杠杆在水平位置平衡,拉力的力臂变小,拉力将变大。(4)题图丁中杠杆支点不在重心处,由于杠杆自身重力的力臂不为0,会产生使杠杆绕支点转动的效果,对杠杆平衡产生了影响。
解析
【分析】
1. 第(1)问：首先明确杠杆平衡状态包括静止和匀速转动，甲图中杠杆静止，故处于平衡状态。杠杆左端低右端高，平衡螺母需向高的一端（右端）调节，使杠杆在水平位置平衡，此时力臂与杠杆重合，便于直接测量力臂长度。
2. 第(2)问：根据杠杆平衡条件$F_1l_1=F_2l_2$，代入第三次实验的动力、动力臂和阻力数据可计算阻力臂。两侧钩码向支点移动后，分别计算两边力与力臂的乘积，乘积大的一端会下沉。
3. 第(3)问：弹簧测力计竖直拉时，拉力力臂为OB长度；倾斜拉时，拉力力臂变短，在阻力和阻力臂不变的情况下，根据杠杆平衡条件，动力会变大。
4. 第(4)问：丁图中杠杆支点不在重心处，杠杆自身重力的力臂不为零，会对杠杆平衡产生影响，导致无法得到标准的杠杆平衡条件。
【解析】
(1) 杠杆静止时处于平衡状态；甲图中杠杆左端低右端高，为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向右调节；杠杆在水平位置平衡时，力臂与杠杆重合，便于测量力臂的大小。
(2) 根据杠杆平衡条件$F_{1}l_{1}=F_{2}l_{2}$，第三次实验中阻力臂$l_{2}=\frac{F_{1}l_{1}}{F_{2}}=\frac{1.0\ \mathrm{N}×0.30\ \mathrm{m}}{1.5\ \mathrm{N}}=0.20\ \mathrm{m}=20\ \mathrm{cm}$。
若将两侧钩码同时向支点移动$5\ \mathrm{cm}$，左侧力与力臂的乘积$F_{1}l_{1}'=1.0\ \mathrm{N}×(0.30\ \mathrm{m}-0.05\ \mathrm{m})=0.25\ \mathrm{N·m}$，右侧力与力臂的乘积$F_{2}l_{2}'=1.5\ \mathrm{N}×(0.20\ \mathrm{m}-0.05\ \mathrm{m})=0.225\ \mathrm{N·m}$，因$F_{1}l_{1}'＞F_{2}l_{2}'$，故杠杆右端会下沉。
(3) 弹簧测力计由竖直变为倾斜拉杠杆时，拉力的力臂变小，根据杠杆平衡条件，在阻力和阻力臂不变的情况下，动力臂变小，动力（弹簧测力计示数）变大。
(4) 图丁中杠杆的支点不在杠杆的重心位置，杠杆自身所受的重力对杠杆平衡产生了影响，因此无法得到教材上的杠杆平衡条件。
【答案】
(1) 平衡 右 力臂刚好在杠杆上,便于测量力臂
(2) 20 右
(3) 变大 弹簧测力计拉力的力臂变小
(4) 杠杆自身所受的重力对杠杆平衡产生了影响
【知识点】
杠杆平衡条件、力臂的测量、杠杆自重的影响
【点评】
本题围绕杠杆平衡条件的探究实验展开，涵盖实验前杠杆调节、平衡条件计算应用、力臂变化对动力的影响及实验误差分析，全面考查学生对杠杆实验原理、操作细节及相关知识点的理解与应用能力，注重实验细节和逻辑分析能力的培养。
【难度系数】
0.6
1. 第(1)问：首先明确杠杆平衡状态包括静止和匀速转动，甲图中杠杆静止，故处于平衡状态。杠杆左端低右端高，平衡螺母需向高的一端（右端）调节，使杠杆在水平位置平衡，此时力臂与杠杆重合，便于直接测量力臂长度。
2. 第(2)问：根据杠杆平衡条件$F_1l_1=F_2l_2$，代入第三次实验的动力、动力臂和阻力数据可计算阻力臂。两侧钩码向支点移动后，分别计算两边力与力臂的乘积，乘积大的一端会下沉。
3. 第(3)问：弹簧测力计竖直拉时，拉力力臂为OB长度；倾斜拉时，拉力力臂变短，在阻力和阻力臂不变的情况下，根据杠杆平衡条件，动力会变大。
4. 第(4)问：丁图中杠杆支点不在重心处，杠杆自身重力的力臂不为零，会对杠杆平衡产生影响，导致无法得到标准的杠杆平衡条件。
【解析】
(1) 杠杆静止时处于平衡状态；甲图中杠杆左端低右端高，为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向右调节；杠杆在水平位置平衡时，力臂与杠杆重合，便于测量力臂的大小。
(2) 根据杠杆平衡条件$F_{1}l_{1}=F_{2}l_{2}$，第三次实验中阻力臂$l_{2}=\frac{F_{1}l_{1}}{F_{2}}=\frac{1.0\ \mathrm{N}×0.30\ \mathrm{m}}{1.5\ \mathrm{N}}=0.20\ \mathrm{m}=20\ \mathrm{cm}$。
若将两侧钩码同时向支点移动$5\ \mathrm{cm}$，左侧力与力臂的乘积$F_{1}l_{1}'=1.0\ \mathrm{N}×(0.30\ \mathrm{m}-0.05\ \mathrm{m})=0.25\ \mathrm{N·m}$，右侧力与力臂的乘积$F_{2}l_{2}'=1.5\ \mathrm{N}×(0.20\ \mathrm{m}-0.05\ \mathrm{m})=0.225\ \mathrm{N·m}$，因$F_{1}l_{1}'＞F_{2}l_{2}'$，故杠杆右端会下沉。
(3) 弹簧测力计由竖直变为倾斜拉杠杆时，拉力的力臂变小，根据杠杆平衡条件，在阻力和阻力臂不变的情况下，动力臂变小，动力（弹簧测力计示数）变大。
(4) 图丁中杠杆的支点不在杠杆的重心位置，杠杆自身所受的重力对杠杆平衡产生了影响，因此无法得到教材上的杠杆平衡条件。
【答案】
(1) 平衡 右 力臂刚好在杠杆上,便于测量力臂
(2) 20 右
(3) 变大 弹簧测力计拉力的力臂变小
(4) 杠杆自身所受的重力对杠杆平衡产生了影响
【知识点】
杠杆平衡条件、力臂的测量、杠杆自重的影响
【点评】
本题围绕杠杆平衡条件的探究实验展开，涵盖实验前杠杆调节、平衡条件计算应用、力臂变化对动力的影响及实验误差分析，全面考查学生对杠杆实验原理、操作细节及相关知识点的理解与应用能力，注重实验细节和逻辑分析能力的培养。
【难度系数】
0.6
1. 使用筷子时,虽然费力但省距离。图12-1-12所示的工具中和筷子应用原理相同的是(
A.用天平称质量
B.用核桃夹夹核桃
C.用食品夹夹食品
D.用钳子剪铁丝
C
)。A.用天平称质量
B.用核桃夹夹核桃
C.用食品夹夹食品
D.用钳子剪铁丝
答案
1. C
解析
【分析】
首先明确解题核心：筷子属于费力杠杆，特点是动力臂小于阻力臂，费力但省距离，所以需要从选项中找出同样是费力杠杆的工具。
第一步，回忆三类杠杆的判断依据：根据动力臂$L_1$和阻力臂$L_2$的大小关系，$L_1＞L_2$为省力杠杆（省力费距离）；$L_1＜L_2$为费力杠杆（费力省距离）；$L_1=L_2$为等臂杠杆（不省力不费距离）。
第二步，逐个分析选项：
天平是等臂杠杆，不满足费力省距离的特点；
核桃夹是省力杠杆，省力费距离，不符合；
食品夹是费力杠杆，费力省距离，和筷子原理一致；
钳子剪铁丝是省力杠杆，省力费距离，不符合。
通过逐一判断，即可确定正确选项。
【解析】
筷子是费力杠杆，其动力臂小于阻力臂，费力但省距离。对各选项分析如下：
A. 天平是等臂杠杆，动力臂等于阻力臂，不省力也不省距离，不符合要求；
B. 核桃夹是省力杠杆，动力臂大于阻力臂，省力但费距离，不符合要求；
C. 食品夹是费力杠杆，动力臂小于阻力臂，费力但省距离，与筷子应用原理相同，符合要求；
D. 钳子剪铁丝是省力杠杆，动力臂大于阻力臂，省力但费距离，不符合要求。
综上，符合条件的是C选项。
【答案】
C
【知识点】
杠杆的分类
【点评】
本题主要考查对杠杆类型的判断，解题关键是准确区分三类杠杆的特点，结合生活中常见工具的使用场景分析，注重物理知识在生活中的应用，有助于提升对生活物理的感知。
【难度系数】
0.8
首先明确解题核心：筷子属于费力杠杆，特点是动力臂小于阻力臂，费力但省距离，所以需要从选项中找出同样是费力杠杆的工具。
第一步，回忆三类杠杆的判断依据：根据动力臂$L_1$和阻力臂$L_2$的大小关系，$L_1＞L_2$为省力杠杆（省力费距离）；$L_1＜L_2$为费力杠杆（费力省距离）；$L_1=L_2$为等臂杠杆（不省力不费距离）。
第二步，逐个分析选项：
天平是等臂杠杆，不满足费力省距离的特点；
核桃夹是省力杠杆，省力费距离，不符合；
食品夹是费力杠杆，费力省距离，和筷子原理一致；
钳子剪铁丝是省力杠杆，省力费距离，不符合。
通过逐一判断，即可确定正确选项。
【解析】
筷子是费力杠杆，其动力臂小于阻力臂，费力但省距离。对各选项分析如下：
A. 天平是等臂杠杆，动力臂等于阻力臂，不省力也不省距离，不符合要求；
B. 核桃夹是省力杠杆，动力臂大于阻力臂，省力但费距离，不符合要求；
C. 食品夹是费力杠杆，动力臂小于阻力臂，费力但省距离，与筷子应用原理相同，符合要求；
D. 钳子剪铁丝是省力杠杆，动力臂大于阻力臂，省力但费距离，不符合要求。
综上，符合条件的是C选项。
【答案】
C
【知识点】
杠杆的分类
【点评】
本题主要考查对杠杆类型的判断，解题关键是准确区分三类杠杆的特点，结合生活中常见工具的使用场景分析，注重物理知识在生活中的应用，有助于提升对生活物理的感知。
【难度系数】
0.8
