5. 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,实验使用的钩码质量均相等,杠杆上每格长度均相等。
(1)当杠杆静止时如图2-4甲所示,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

图2-4
(2)在杠杆两侧挂上钩码,设右侧钩码对杠杆施加的力为动力$F_1$,左侧钩码对杠杆施加的力为阻力$F_2$,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,得到实验数据如表2-6所示。
表2-6
|次数|动力$F_1$/N|动力臂$l_1$/cm|阻力$F_2$/N|阻力臂$l_2$/cm|
|----|----|----|----|----|
|1|0.5|20.0|1.0|10.0|
|2|1.0|15.0|1.5|10.0|
|3|1.5|10.0|0.5|30.0|
|…| | | | |
分析表中的数据,得到杠杆的平衡条件是:
(3)本次探究进行多次实验的目的是
A. 减小实验误差 B. 寻找普遍规律
(4)如图2-4乙所示,将A、B位置的钩码个数都减少一个,杠杆将会
(5)如图2-4丙所示,用弹簧测力计先后在a、b位置拉杠杆上同一点C,杠杆都在水平位置平衡,弹簧测力计在a位置竖直向上的拉力为$F_a$,在b位置斜向上的拉力为$F_b$,则$F_a$
(1)当杠杆静止时如图2-4甲所示,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“右”或“左”)调节。图2-4
(2)在杠杆两侧挂上钩码,设右侧钩码对杠杆施加的力为动力$F_1$,左侧钩码对杠杆施加的力为阻力$F_2$,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,得到实验数据如表2-6所示。
表2-6
|次数|动力$F_1$/N|动力臂$l_1$/cm|阻力$F_2$/N|阻力臂$l_2$/cm|
|----|----|----|----|----|
|1|0.5|20.0|1.0|10.0|
|2|1.0|15.0|1.5|10.0|
|3|1.5|10.0|0.5|30.0|
|…| | | | |
分析表中的数据,得到杠杆的平衡条件是:
$F_1l_1=F_2l_2$
。(3)本次探究进行多次实验的目的是
B
。A. 减小实验误差 B. 寻找普遍规律
(4)如图2-4乙所示,将A、B位置的钩码个数都减少一个,杠杆将会
右端下沉
(选填“仍然平衡”“左端下沉”或“右端下沉”)。(5)如图2-4丙所示,用弹簧测力计先后在a、b位置拉杠杆上同一点C,杠杆都在水平位置平衡,弹簧测力计在a位置竖直向上的拉力为$F_a$,在b位置斜向上的拉力为$F_b$,则$F_a$
小于
$F_b$(选填“大于”“等于”或“小于”)。答案
(1) 右
(2) $F_1l_1=F_2l_2$
(3) B
(4) 右端下沉
(5) 小于
(2) $F_1l_1=F_2l_2$
(3) B
(4) 右端下沉
(5) 小于
解析
【分析】
本题围绕杠杆平衡条件的探究展开,需结合杠杆调节、平衡条件、多次实验目的、力矩计算及力臂对拉力的影响等知识点分析:
1. 调节杠杆平衡时,平衡螺母向杠杆上翘的一端调节,使杠杆水平平衡便于测量力臂;
2. 通过分析实验数据,计算动力与动力臂、阻力与阻力臂的乘积,总结平衡条件;
3. 探究类实验多次实验的目的通常是寻找普遍规律,避免偶然性;
4. 计算改变钩码后的左右两侧力矩,比较大小判断杠杆状态;
5. 斜拉时力臂变小,根据杠杆平衡条件判断力的大小关系。
【解析】
(1)图甲中杠杆左端下沉、右端上翘,为使杠杆在水平位置平衡,应将平衡螺母向右调节(平衡螺母向杠杆上翘的一端调节);
(2)分析表格数据:
第1次:$F_1l_1=0.5N×20.0cm=10N·cm$,$F_2l_2=1.0N×10.0cm=10N·cm$,两者相等;
第2次:$F_1l_1=1.0N×15.0cm=15N·cm$,$F_2l_2=1.5N×10.0cm=15N·cm$,两者相等;
第3次:$F_1l_1=1.5N×10.0cm=15N·cm$,$F_2l_2=0.5N×30.0cm=15N·cm$,两者相等;
因此杠杆平衡条件为$F_1l_1=F_2l_2$;
(3)本次探究是为了总结杠杆平衡的普遍规律,多次实验是为了避免偶然性,寻找普遍规律,故选B;
(4)设每个钩码重力为$G$,每格长度为$L$,支点为$O$:
原来A点(左侧):$2G$,力臂$3L$;B点(右侧):$3G$,力臂$2L$,平衡;
减少1个钩码后,左侧力矩:$1G×3L=3GL$,右侧力矩:$2G×2L=4GL$;
右侧力矩大于左侧,故杠杆右端下沉;
(5)弹簧测力计在a位置竖直向上拉时,力臂为$OC$的长度;在b位置斜向上拉时,力臂是支点到斜拉力作用线的垂直距离,该力臂小于$OC$的长度;
根据杠杆平衡条件$F_1l_1=F_2l_2$,阻力和阻力臂不变时,动力臂越小,动力越大,因此$F_a < F_b$。
【答案】
(1) 右;(2) $F_1l_1=F_2l_2$;(3) B;(4) 右端下沉;(5) 小于
【知识点】
杠杆平衡条件;杠杆调节;力臂
【点评】
本题全面考查杠杆平衡条件的探究过程,涵盖调节、实验结论、多次实验目的、力矩计算及力臂对拉力的影响,需熟练掌握杠杆相关知识点,注意斜拉时力臂的变化,是杠杆部分的典型基础题。
【难度系数】
0.3
本题围绕杠杆平衡条件的探究展开,需结合杠杆调节、平衡条件、多次实验目的、力矩计算及力臂对拉力的影响等知识点分析:
1. 调节杠杆平衡时,平衡螺母向杠杆上翘的一端调节,使杠杆水平平衡便于测量力臂;
2. 通过分析实验数据,计算动力与动力臂、阻力与阻力臂的乘积,总结平衡条件;
3. 探究类实验多次实验的目的通常是寻找普遍规律,避免偶然性;
4. 计算改变钩码后的左右两侧力矩,比较大小判断杠杆状态;
5. 斜拉时力臂变小,根据杠杆平衡条件判断力的大小关系。
【解析】
(1)图甲中杠杆左端下沉、右端上翘,为使杠杆在水平位置平衡,应将平衡螺母向右调节(平衡螺母向杠杆上翘的一端调节);
(2)分析表格数据:
第1次:$F_1l_1=0.5N×20.0cm=10N·cm$,$F_2l_2=1.0N×10.0cm=10N·cm$,两者相等;
第2次:$F_1l_1=1.0N×15.0cm=15N·cm$,$F_2l_2=1.5N×10.0cm=15N·cm$,两者相等;
第3次:$F_1l_1=1.5N×10.0cm=15N·cm$,$F_2l_2=0.5N×30.0cm=15N·cm$,两者相等;
因此杠杆平衡条件为$F_1l_1=F_2l_2$;
(3)本次探究是为了总结杠杆平衡的普遍规律,多次实验是为了避免偶然性,寻找普遍规律,故选B;
(4)设每个钩码重力为$G$,每格长度为$L$,支点为$O$:
原来A点(左侧):$2G$,力臂$3L$;B点(右侧):$3G$,力臂$2L$,平衡;
减少1个钩码后,左侧力矩:$1G×3L=3GL$,右侧力矩:$2G×2L=4GL$;
右侧力矩大于左侧,故杠杆右端下沉;
(5)弹簧测力计在a位置竖直向上拉时,力臂为$OC$的长度;在b位置斜向上拉时,力臂是支点到斜拉力作用线的垂直距离,该力臂小于$OC$的长度;
根据杠杆平衡条件$F_1l_1=F_2l_2$,阻力和阻力臂不变时,动力臂越小,动力越大,因此$F_a < F_b$。
【答案】
(1) 右;(2) $F_1l_1=F_2l_2$;(3) B;(4) 右端下沉;(5) 小于
【知识点】
杠杆平衡条件;杠杆调节;力臂
【点评】
本题全面考查杠杆平衡条件的探究过程,涵盖调节、实验结论、多次实验目的、力矩计算及力臂对拉力的影响,需熟练掌握杠杆相关知识点,注意斜拉时力臂的变化,是杠杆部分的典型基础题。
【难度系数】
0.3
登录