① 某物理兴趣小组准备进行“探究杠杆的平衡条件”的实验。

(1)实验前杠杆平衡时的位置如图甲所示,为了方便测量力臂,要使杠杆在
(2)调好杠杆后,按照图乙进行实验,若每个钩码所受重力相同,均为0.5 N,弹簧测力计沿竖直方向向下拉杠杆,使其在水平位置平衡,则弹簧测力计的示数为
(3)图丙是一个加宽的杠杆装置,此时杠杆处于平衡状态。若只将左侧的钩码改挂到A点正上方的B点(每个钩码所受重力相同),力臂是线段
(1)实验前杠杆平衡时的位置如图甲所示,为了方便测量力臂,要使杠杆在
水平
位置平衡,应将杠杆左端的螺母向右
(选填“左”或“右”)边旋一些。(2)调好杠杆后,按照图乙进行实验,若每个钩码所受重力相同,均为0.5 N,弹簧测力计沿竖直方向向下拉杠杆,使其在水平位置平衡,则弹簧测力计的示数为
1.2
N;若弹簧测力计沿虚线方向向下拉杠杆,仍使杠杆在水平位置平衡,此时弹簧测力计的示数将变大
(选填“变大”“变小”或“不变”)。(3)图丙是一个加宽的杠杆装置,此时杠杆处于平衡状态。若只将左侧的钩码改挂到A点正上方的B点(每个钩码所受重力相同),力臂是线段
OA
(选填“OA”“OB”或“AB”),此时杠杆仍能
(选填“仍能”或“不能”)保持平衡。答案
1.(1)水平 右 (2)1.2 变大 (3)OA 仍能
解析
【分析】
本题围绕“探究杠杆的平衡条件”实验展开,需结合杠杆的调节、平衡条件($F_1L_1=F_2L_2$)及力臂的概念解题。(1)实验前需调节杠杆在水平位置平衡,方便测量力臂,根据杠杆倾斜方向判断平衡螺母的调节方向;(2)利用杠杆平衡条件计算弹簧测力计示数,斜拉时力臂变小,拉力会变大;(3)力臂是支点到力的作用线的垂直距离,判断B点对应的力臂及杠杆是否平衡。
【解析】
(1)实验中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。图甲中杠杆左端低、右端高,说明左端较重,应将平衡螺母向右调节,使杠杆水平平衡。
(2)设杠杆每小格长度为$L$,每个钩码重力为$0.5N$。A点处钩码总重力$F_2=3×0.5N=1.5N$,阻力臂$L_2=4L$;B点处动力臂$L_1=5L$。根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$,得$F_1=\frac{F_2L_2}{L_1}=\frac{1.5N×4L}{5L}=1.2N$。若弹簧测力计沿虚线方向斜拉,动力臂会变小,阻力和阻力臂不变,由$F_1=\frac{F_2L_2}{L_1}$可知,动力$F_1$会变大。
(3)力臂是支点到力的作用线的垂直距离。将左侧钩码改挂到A点正上方的B点,力的方向仍竖直向下,支点O到力的作用线的垂直距离为线段OA,与原力臂相等,因此杠杆仍能保持平衡。
【答案】
(1)水平;右 (2)1.2;变大 (3)OA;仍能
【知识点】
杠杆平衡条件,力臂,杠杆的调节
【点评】
本题是探究杠杆平衡条件的基础实验题,重点考查杠杆的调节方法、平衡条件的应用及力臂的判断,需准确理解力臂的概念,易错点在于斜拉时力臂变化对拉力的影响。
【难度系数】
0.6
本题围绕“探究杠杆的平衡条件”实验展开,需结合杠杆的调节、平衡条件($F_1L_1=F_2L_2$)及力臂的概念解题。(1)实验前需调节杠杆在水平位置平衡,方便测量力臂,根据杠杆倾斜方向判断平衡螺母的调节方向;(2)利用杠杆平衡条件计算弹簧测力计示数,斜拉时力臂变小,拉力会变大;(3)力臂是支点到力的作用线的垂直距离,判断B点对应的力臂及杠杆是否平衡。
【解析】
(1)实验中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。图甲中杠杆左端低、右端高,说明左端较重,应将平衡螺母向右调节,使杠杆水平平衡。
(2)设杠杆每小格长度为$L$,每个钩码重力为$0.5N$。A点处钩码总重力$F_2=3×0.5N=1.5N$,阻力臂$L_2=4L$;B点处动力臂$L_1=5L$。根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$,得$F_1=\frac{F_2L_2}{L_1}=\frac{1.5N×4L}{5L}=1.2N$。若弹簧测力计沿虚线方向斜拉,动力臂会变小,阻力和阻力臂不变,由$F_1=\frac{F_2L_2}{L_1}$可知,动力$F_1$会变大。
(3)力臂是支点到力的作用线的垂直距离。将左侧钩码改挂到A点正上方的B点,力的方向仍竖直向下,支点O到力的作用线的垂直距离为线段OA,与原力臂相等,因此杠杆仍能保持平衡。
【答案】
(1)水平;右 (2)1.2;变大 (3)OA;仍能
【知识点】
杠杆平衡条件,力臂,杠杆的调节
【点评】
本题是探究杠杆平衡条件的基础实验题,重点考查杠杆的调节方法、平衡条件的应用及力臂的判断,需准确理解力臂的概念,易错点在于斜拉时力臂变化对拉力的影响。
【难度系数】
0.6
② 如图甲所示,某学习小组利用轻质木杆和两个金属块制作出密度秤,用来测量液体的密度,其外形、结构与杆秤相似。已知合金块重8 N,体积100 cm³,秤砣重2N,秤纽O点到A点长10 cm。测量时手提着秤纽将密度秤的合金块浸没在待测液体中(不接触容器),调节秤砣位置使秤杆水平平衡,秤砣悬挂处的刻度值为被测液体密度。图乙是某次测量时的情景,秤砣在C点时,密度秤刚好平衡。已知g取10 N/kg,请回答下列问题。

(1)密度秤的零刻度在C点
(2)若测得OC长度为34 cm,则C点刻度表示的待测液体的密度为
(3)当合金块没有完全浸没在待测密度的液体中时,测量值将偏
(4)请写出一条提高该密度秤精度的措施:
(1)密度秤的零刻度在C点
右
侧(选填“左”或“右”)。(2)若测得OC长度为34 cm,则C点刻度表示的待测液体的密度为
1.2×10³ kg/m³
。(3)当合金块没有完全浸没在待测密度的液体中时,测量值将偏
小
(选填“大”或“小”)。(4)请写出一条提高该密度秤精度的措施:
减小秤砣的质量或增加合金块的体积(言之有理即可)
。答案
2.(1)右 (2)1.2×10³ kg/m³ (3)小 (4)减小秤砣的质量或增加合金块的体积(言之有理即可)
解析
【分析】
本题结合杠杆平衡条件与阿基米德原理分析密度秤问题:
1. 零刻度判断:当液体密度为0时,合金块不受浮力,利用杠杆平衡计算秤砣应在的位置,对比C点位置确定零刻度侧;
2. 液体密度计算:合金块浸没时,左边拉力为重力减浮力,通过杠杆平衡求出浮力,再结合阿基米德原理计算液体密度;
3. 未完全浸没的影响:分析V排变化对浮力的影响,推导力臂变化,判断测量值偏差;
4. 精度提升措施:从杠杆灵敏度或浮力变化的角度,调整相关物理量。
【解析】
(1)当液体密度为0时,合金块不受浮力,根据杠杆平衡条件:$G · OA = G_{砣} · L_0$,代入$G=8N$、$OA=10cm$、$G_{砣}=2N$,得$L_0=\frac{8N×10cm}{2N}=40cm$,即零刻度在O点右侧40cm处,C点在O点右侧34cm,故零刻度在C点右侧。
(2)合金块浸没时,左边拉力$F_{左}=G-F_{浮}$,由杠杆平衡:$(G-F_{浮}) · OA = G_{砣} · OC$,代入数值:$(8N-F_{浮})×10cm=2N×34cm$,解得$F_{浮}=1.2N$。根据阿基米德原理$F_{浮}=ρ_{液}gV_{排}$,$V_{排}=100cm^3=1×10^{-4}m^3$,则$ρ_{液}=\frac{F_{浮}}{gV_{排}}=\frac{1.2N}{10N/kg×1×10^{-4}m^3}=1.2×10^3kg/m^3$。
(3)合金块未完全浸没时,$V_{排}$减小,$F_{浮}$减小,左边拉力$F_{左}$增大,秤砣力臂$OC'$会比完全浸没时大;但计算密度时按合金块总体积代入,实际$V_{排}<V$,故测量值偏小。
(4)提高精度的措施:减小秤砣质量,相同力臂变化对应更大密度变化;或增加合金块体积,浮力变化更显著,力臂变化更明显。
【答案】
(1)右 (2)$1.2×10^3 kg/m^3$ (3)小 (4)减小秤砣的质量(或增加合金块的体积,合理即可)
【知识点】
杠杆平衡条件、阿基米德原理、密度测量
【点评】
本题将杠杆平衡与浮力知识结合,考查力学规律的综合应用,需理清力、力臂与浮力的关系,是力学综合题的典型题型,注重学生知识迁移能力。
【难度系数】
0.4
本题结合杠杆平衡条件与阿基米德原理分析密度秤问题:
1. 零刻度判断:当液体密度为0时,合金块不受浮力,利用杠杆平衡计算秤砣应在的位置,对比C点位置确定零刻度侧;
2. 液体密度计算:合金块浸没时,左边拉力为重力减浮力,通过杠杆平衡求出浮力,再结合阿基米德原理计算液体密度;
3. 未完全浸没的影响:分析V排变化对浮力的影响,推导力臂变化,判断测量值偏差;
4. 精度提升措施:从杠杆灵敏度或浮力变化的角度,调整相关物理量。
【解析】
(1)当液体密度为0时,合金块不受浮力,根据杠杆平衡条件:$G · OA = G_{砣} · L_0$,代入$G=8N$、$OA=10cm$、$G_{砣}=2N$,得$L_0=\frac{8N×10cm}{2N}=40cm$,即零刻度在O点右侧40cm处,C点在O点右侧34cm,故零刻度在C点右侧。
(2)合金块浸没时,左边拉力$F_{左}=G-F_{浮}$,由杠杆平衡:$(G-F_{浮}) · OA = G_{砣} · OC$,代入数值:$(8N-F_{浮})×10cm=2N×34cm$,解得$F_{浮}=1.2N$。根据阿基米德原理$F_{浮}=ρ_{液}gV_{排}$,$V_{排}=100cm^3=1×10^{-4}m^3$,则$ρ_{液}=\frac{F_{浮}}{gV_{排}}=\frac{1.2N}{10N/kg×1×10^{-4}m^3}=1.2×10^3kg/m^3$。
(3)合金块未完全浸没时,$V_{排}$减小,$F_{浮}$减小,左边拉力$F_{左}$增大,秤砣力臂$OC'$会比完全浸没时大;但计算密度时按合金块总体积代入,实际$V_{排}<V$,故测量值偏小。
(4)提高精度的措施:减小秤砣质量,相同力臂变化对应更大密度变化;或增加合金块体积,浮力变化更显著,力臂变化更明显。
【答案】
(1)右 (2)$1.2×10^3 kg/m^3$ (3)小 (4)减小秤砣的质量(或增加合金块的体积,合理即可)
【知识点】
杠杆平衡条件、阿基米德原理、密度测量
【点评】
本题将杠杆平衡与浮力知识结合,考查力学规律的综合应用,需理清力、力臂与浮力的关系,是力学综合题的典型题型,注重学生知识迁移能力。
【难度系数】
0.4
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