9.小明利用铁架台、杠杆、钩码和弹簧测力计等器材探究杠杆的平衡条件,实验使用的钩码的质量均为50 g,杠杆上每格长度均相等。

(1)当杠杆静止时如图甲所示,此时杠杆处于
(2)如图乙所示,在杠杆两侧挂上钩码,设右侧钩码对杠杆施的力为动力$ F_1 $,左侧钩码对杠杆施的力为阻力$ F_2 $,测出杠杆平衡时的动力臂$ l_1 $和阻力臂$ l_2 $;多次换用不同数量的钩码,并改变钩码在杠杆上的位置,使杠杆在水平位置平衡,得到实验数据如下表:

分析表中的数据,得到杠杆的平衡条件是$ F_1 l_1 = F_2 l_2 $(用$ F_1 $、$ F_2 $、$ l_1 $和$ l_2 $表示),本次探究经过多次实验的目的是
(3)如图乙所示,将A、B位置的钩码都向O点靠近1格,杠杆将会
(4)如图丙所示,把弹簧测力计的挂钩固定在C点,要使杠杆水平平衡,弹簧测力计在b位置拉时的示数比在a位置拉时的示数要
(1)当杠杆静止时如图甲所示,此时杠杆处于
平衡
(选填“平衡”或“非平衡”)状态。为了方便测量力臂
,需要调节杠杆在水平位置平衡,应当将杠杆的平衡螺母向右
(选填“左”或“右”)调节。(2)如图乙所示,在杠杆两侧挂上钩码,设右侧钩码对杠杆施的力为动力$ F_1 $,左侧钩码对杠杆施的力为阻力$ F_2 $,测出杠杆平衡时的动力臂$ l_1 $和阻力臂$ l_2 $;多次换用不同数量的钩码,并改变钩码在杠杆上的位置,使杠杆在水平位置平衡,得到实验数据如下表:
分析表中的数据,得到杠杆的平衡条件是$ F_1 l_1 = F_2 l_2 $(用$ F_1 $、$ F_2 $、$ l_1 $和$ l_2 $表示),本次探究经过多次实验的目的是
使得出的结论具有普遍性
。(3)如图乙所示,将A、B位置的钩码都向O点靠近1格,杠杆将会
左端下沉
(选填“仍然平衡”“左端下沉”或“右端下沉”)。(4)如图丙所示,把弹簧测力计的挂钩固定在C点,要使杠杆水平平衡,弹簧测力计在b位置拉时的示数比在a位置拉时的示数要
大
(选填“大”或“小”)。答案
9.(1)平衡 方便测量力臂 右
(2)$F_1l_1=F_2l_2$ 使得出的结论具有普遍性
(3)左端下沉
(4)大
(2)$F_1l_1=F_2l_2$ 使得出的结论具有普遍性
(3)左端下沉
(4)大
解析
【分析】
1. 第(1)问:杠杆的平衡状态包括静止或匀速转动,图中杠杆静止,故处于平衡状态;调节杠杆在水平位置平衡是为了让力臂与杠杆重合,方便直接测量力臂;图甲杠杆左端低、右端高,平衡螺母应向高的一侧(右)调节。
2. 第(2)问:探究规律类实验中,多次实验的目的是避免偶然性,使结论具有普遍性,而非求平均值减小误差。
3. 第(3)问:设每个钩码重力为G,每格长度为L,先判断原杠杆平衡(满足$F_1l_1=F_2l_2$);当两侧钩码向O点靠近1格后,分别计算新的力与力臂的乘积,乘积大的一侧下沉,从而判断结果。
4. 第(4)问:弹簧测力计竖直拉时动力臂为支点到作用点的距离,斜拉时动力臂变小;根据杠杆平衡条件,阻力和阻力臂不变时,动力臂越小,动力越大,据此判断示数大小。
【解析】
(1) 杠杆静止时处于平衡状态;调节杠杆在水平位置平衡的目的是方便测量力臂;图甲杠杆左端下沉,平衡螺母向右调节。
(2) 多次实验是为了避免实验偶然性,使得出的杠杆平衡条件结论具有普遍性。
(3) 设每钩码重G,每格长L,原杠杆平衡(如右侧$F_1=2G$、$l_1=2L$,左侧$F_2=1G$、$l_2=4L$,满足$2G×2L=1G×4L$);钩码各靠近1格后,右侧$F_1'l_1'=2G×1L=2GL$,左侧$F_2'l_2'=1G×3L=3GL$,因$2GL<3GL$,故左端下沉。
(4) a位置竖直拉时动力臂较大,b位置斜拉时动力臂较小;根据$F_1l_1=F_2l_2$,阻力和阻力臂不变,动力臂越小则动力越大,故b位置示数更大。
【答案】9.(1)平衡 方便测量力臂 右 (2)$F_1l_1=F_2l_2$ 使得出的结论具有普遍性 (3)左端下沉 (4)大
【知识点】杠杆平衡条件,杠杆的调节,力臂
【点评】本题为探究杠杆平衡条件的实验题,涵盖实验操作、结论推导、杠杆平衡判断等核心内容,注重对实验原理和过程的考查,是力学基础实验的典型题型。
【难度系数】0.7
1. 第(1)问:杠杆的平衡状态包括静止或匀速转动,图中杠杆静止,故处于平衡状态;调节杠杆在水平位置平衡是为了让力臂与杠杆重合,方便直接测量力臂;图甲杠杆左端低、右端高,平衡螺母应向高的一侧(右)调节。
2. 第(2)问:探究规律类实验中,多次实验的目的是避免偶然性,使结论具有普遍性,而非求平均值减小误差。
3. 第(3)问:设每个钩码重力为G,每格长度为L,先判断原杠杆平衡(满足$F_1l_1=F_2l_2$);当两侧钩码向O点靠近1格后,分别计算新的力与力臂的乘积,乘积大的一侧下沉,从而判断结果。
4. 第(4)问:弹簧测力计竖直拉时动力臂为支点到作用点的距离,斜拉时动力臂变小;根据杠杆平衡条件,阻力和阻力臂不变时,动力臂越小,动力越大,据此判断示数大小。
【解析】
(1) 杠杆静止时处于平衡状态;调节杠杆在水平位置平衡的目的是方便测量力臂;图甲杠杆左端下沉,平衡螺母向右调节。
(2) 多次实验是为了避免实验偶然性,使得出的杠杆平衡条件结论具有普遍性。
(3) 设每钩码重G,每格长L,原杠杆平衡(如右侧$F_1=2G$、$l_1=2L$,左侧$F_2=1G$、$l_2=4L$,满足$2G×2L=1G×4L$);钩码各靠近1格后,右侧$F_1'l_1'=2G×1L=2GL$,左侧$F_2'l_2'=1G×3L=3GL$,因$2GL<3GL$,故左端下沉。
(4) a位置竖直拉时动力臂较大,b位置斜拉时动力臂较小;根据$F_1l_1=F_2l_2$,阻力和阻力臂不变,动力臂越小则动力越大,故b位置示数更大。
【答案】9.(1)平衡 方便测量力臂 右 (2)$F_1l_1=F_2l_2$ 使得出的结论具有普遍性 (3)左端下沉 (4)大
【知识点】杠杆平衡条件,杠杆的调节,力臂
【点评】本题为探究杠杆平衡条件的实验题,涵盖实验操作、结论推导、杠杆平衡判断等核心内容,注重对实验原理和过程的考查,是力学基础实验的典型题型。
【难度系数】0.7
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