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在“探究杠杆的平衡条件”的实验中：
【实验操作设问】
(1) 实验开始时，杠杆的位置如图甲所示。为使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆的平衡螺母向移动，在实验过程中让杠杆在水平位置平衡的目的是。
(2) 杠杆平衡后，小英同学在图乙所示的A位置挂上两个钩码，可在B位置挂上个钩码，使杠杆在水平位置平衡。若此时两边同时再加一个钩码，两边（选填“能”或“不能”）平衡，若不能，杠杆将向（选填“左”或“右”）侧倾斜。
【能力提升设问】
(3) 数据处理 调节杠杆平衡后，在不同的位置挂不同数量的钩码，使杠杆重新平衡，得到如表所示的实验数据。某同学分析实验数据得到结论：。
(4) 图像分析 如图丙，左边的钩码个数和位置保持不变，弹簧测力计的作用点固定，只改变其与水平方向的夹角$θ$，仍使杠杆水平平衡，能描述测力计示数$F$与$θ$关系的图像是。
(5) 交流评估 实验中小明发现用图丁所示的方式悬挂钩码，杠杆也能在水平位置平衡，但老师建议不宜采用这种方式，其主要原因为。
A. 一个人无法独立操作
B. 不方便测量力臂
C. 力和力臂数目过多，不易得出结论
D. 杠杆不平衡
(6) 批判质疑 如图戊所示，小华进行实验时通过弹簧测力计来施加动力，测量并记录了多组数据，分析所测数据后，小华发现，每次实验都是$F_{3}l_{3}＞F_{4}l_{4}$，这种情况显然不是误差造成的，经过分析，排除了$l_{3}$、$F_{3}$、$l_{4}$发生测量错误的可能性。那么，为什么每次测出来的动力都偏小呢？原因是。请你帮他想出一种合适的方法解决这个问题：。
【拓展创新设问】
(7) 结论应用 完成实验后小明突发奇想，想利用该杠杆制作一个直接测量液体密度的“密度天平”。其制作过程和原理如下：选择一根长1 m的杠杆，调节两边螺母使杠杆在水平位置平衡；在左侧离中点10 cm的A位置用细线固定一个质量为200 g、容积为60 mL的容器；右侧用细线悬挂一质量为50 g的钩码（细线的质量忽略不计），如图所示。测量时往容器中加满待测液体，移动钩码使杠杆在水平位置平衡，在钩码悬挂位置直接读出液体的密度。
① 该“密度天平”的“零刻度”应标在右端离支点$O$cm处。
② 该“密度天平”的最大测量值是$\mathrm{g/cm^3}$。
③ 若要将该“密度天平”的量程变大，可采用什么方法：。
(8) 装置创新·模型建构（2025·湖南改编）某兴趣小组了解到人长时间过度低头易对颈椎肌肉造成伤害，为研究颈椎肌肉产生的拉力大小与人低头角度变化之间的规律，设计并组装了一套如图1所示的装置。印有头颈部照片的内盘与有刻度的固定外盘圆心均在$O$点，内盘可绕$O$点转动，以$O$点为支点，将整个头颈部简化为杠杆模型。$θ$表示人低头的角度，在$A$点通过细线悬挂一个重为2 N的物体模拟头颅重力，用细线垂直$OB$对$B$点施加的拉力$F_1$模拟颈椎肌肉产生的拉力，细线对$A$点的拉力大小为$F_2$。实验中通过拉力传感器测出内盘上的头颈部在不同位置平衡时$F_1$的大小，实验数据如表所示。
① 请画出图2中$F_2$的力臂$l$（保留作图痕迹）。
② 分析表格中的数据可知，颈椎肌肉产生的拉力随人低头角度的增大而，对颈椎肌肉的影响就越大。
③ 若某中学生头颅的重力为50 N，请根据表格中的数据，计算该学生低头角度为$45°$时，颈椎肌肉产生的拉力大小是N。
④ 请你结合以上分析，从保护颈椎肌肉的角度提出一条合理建议：。
【实验操作设问】
(1) 实验开始时，杠杆的位置如图甲所示。为使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆的平衡螺母向移动，在实验过程中让杠杆在水平位置平衡的目的是。
(2) 杠杆平衡后，小英同学在图乙所示的A位置挂上两个钩码，可在B位置挂上个钩码，使杠杆在水平位置平衡。若此时两边同时再加一个钩码，两边（选填“能”或“不能”）平衡，若不能，杠杆将向（选填“左”或“右”）侧倾斜。
【能力提升设问】
(3) 数据处理 调节杠杆平衡后，在不同的位置挂不同数量的钩码，使杠杆重新平衡，得到如表所示的实验数据。某同学分析实验数据得到结论：。
(4) 图像分析 如图丙，左边的钩码个数和位置保持不变，弹簧测力计的作用点固定，只改变其与水平方向的夹角$θ$，仍使杠杆水平平衡，能描述测力计示数$F$与$θ$关系的图像是。
(5) 交流评估 实验中小明发现用图丁所示的方式悬挂钩码，杠杆也能在水平位置平衡，但老师建议不宜采用这种方式，其主要原因为。
A. 一个人无法独立操作
B. 不方便测量力臂
C. 力和力臂数目过多，不易得出结论
D. 杠杆不平衡
(6) 批判质疑 如图戊所示，小华进行实验时通过弹簧测力计来施加动力，测量并记录了多组数据，分析所测数据后，小华发现，每次实验都是$F_{3}l_{3}＞F_{4}l_{4}$，这种情况显然不是误差造成的，经过分析，排除了$l_{3}$、$F_{3}$、$l_{4}$发生测量错误的可能性。那么，为什么每次测出来的动力都偏小呢？原因是。请你帮他想出一种合适的方法解决这个问题：。
【拓展创新设问】
(7) 结论应用 完成实验后小明突发奇想，想利用该杠杆制作一个直接测量液体密度的“密度天平”。其制作过程和原理如下：选择一根长1 m的杠杆，调节两边螺母使杠杆在水平位置平衡；在左侧离中点10 cm的A位置用细线固定一个质量为200 g、容积为60 mL的容器；右侧用细线悬挂一质量为50 g的钩码（细线的质量忽略不计），如图所示。测量时往容器中加满待测液体，移动钩码使杠杆在水平位置平衡，在钩码悬挂位置直接读出液体的密度。
① 该“密度天平”的“零刻度”应标在右端离支点$O$cm处。
② 该“密度天平”的最大测量值是$\mathrm{g/cm^3}$。
③ 若要将该“密度天平”的量程变大，可采用什么方法：。
(8) 装置创新·模型建构（2025·湖南改编）某兴趣小组了解到人长时间过度低头易对颈椎肌肉造成伤害，为研究颈椎肌肉产生的拉力大小与人低头角度变化之间的规律，设计并组装了一套如图1所示的装置。印有头颈部照片的内盘与有刻度的固定外盘圆心均在$O$点，内盘可绕$O$点转动，以$O$点为支点，将整个头颈部简化为杠杆模型。$θ$表示人低头的角度，在$A$点通过细线悬挂一个重为2 N的物体模拟头颅重力，用细线垂直$OB$对$B$点施加的拉力$F_1$模拟颈椎肌肉产生的拉力，细线对$A$点的拉力大小为$F_2$。实验中通过拉力传感器测出内盘上的头颈部在不同位置平衡时$F_1$的大小，实验数据如表所示。
① 请画出图2中$F_2$的力臂$l$（保留作图痕迹）。
② 分析表格中的数据可知，颈椎肌肉产生的拉力随人低头角度的增大而，对颈椎肌肉的影响就越大。
③ 若某中学生头颅的重力为50 N，请根据表格中的数据，计算该学生低头角度为$45°$时，颈椎肌肉产生的拉力大小是N。
④ 请你结合以上分析，从保护颈椎肌肉的角度提出一条合理建议：。
答案
(1) 右 便于测量力臂大小
(2) 3 不能 左
(3) $F_1l_1=F_2l_2$
(4) B
(5) C
(6) 弹簧测力计自身受到重力 在钩码的同侧，竖直向上拉动弹簧测力计
(7) ① 40 ② 0.83 ③ 增大钩码的质量
(8) ① 如图所示
② 增大 ③ 220 ④ 尽量减少低头的时间和角度，例如在使用电子设备时，将设备屏幕抬高，使屏幕中心与眼睛在同一高度，避免长时间低头看手机或电脑解析
【分析】
这道题围绕“探究杠杆的平衡条件”实验展开，覆盖基础操作、规律计算、图像分析、误差评估、创新应用全维度考点，解题思路可以按模块逐步推进：
1. 基础操作类：实验前杠杆调平遵循“左高左调、右高右调”原则，杠杆水平平衡时力臂与杠杆重合，可直接通过杠杆刻度读取力臂，明确该操作的目的。
2. 规律计算类：所有涉及钩码数量、力臂长度的计算，直接套用杠杆平衡条件$F_1l_1=F_2l_2$，对比两侧力与力臂的乘积大小即可判断杠杆倾斜方向。
3. 图像分析类：分析弹簧测力计夹角θ变化时动力臂的变化规律：θ从0°增大到90°时动力臂逐渐变大，θ从90°继续增大时动力臂逐渐变小，结合平衡条件反推拉力F的变化趋势即可匹配对应图像。
4. 误差评估类：分析弹簧测力计自身重力对测量结果的影响，多组力臂的实验操作的弊端，结合实验目的判断选项。
5. 创新应用类：将密度天平、颈椎模型转化为普通杠杆平衡问题，代入公式推导即可得到对应结果，结合生活常识给出合理建议。
【解析】
(1) 图甲中杠杆左端低右端高，为使杠杆在水平位置平衡，平衡螺母应向高的一侧即右侧移动；杠杆在水平位置平衡时，力的方向与杠杆垂直，力臂可以直接从杠杆刻度上读取，目的是便于测量力臂大小。
(2) 假设每个钩码重力为G，每格长度为L，根据杠杆平衡条件：$2G× 3L = nG× 2L$，解得n=3，因此B位置挂3个钩码；两边同时再加一个钩码后，左侧力与力臂乘积为$3G×3L=9GL$，右侧为$4G×2L=8GL$，两侧乘积不相等，因此不能平衡，左侧乘积更大，杠杆将向左侧倾斜。
(3) 分析实验数据可直接得到杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，即$F_1l_1=F_2l_2$。
(4) 当弹簧测力计与水平方向夹角θ从0°增大到90°时，动力臂逐渐增大，拉力F逐渐减小；θ从90°增大到180°时，动力臂逐渐减小，拉力F逐渐增大；且θ不可能为0°，此时动力臂为0无法平衡，因此拉力F先减小后增大，对应图像B。
(5) 图丁中杠杆上多个位置悬挂钩码，力和力臂的数量过多，变量复杂，不易总结出普遍的杠杆平衡规律，因此不宜采用该方式，选C。
(6) 弹簧测力计自身有重力，当弹簧测力计竖直向下拉杠杆时，自身重力会分担一部分拉力，导致测得的动力F3偏小，因此出现$F_3l_3＞F_4l_4$的情况；解决方法是在钩码的同侧竖直向上拉动弹簧测力计，消除弹簧测力计自身重力对实验的影响。
(7) ① 容器中没有液体时，根据杠杆平衡条件：$m_{容器}g× OA = m_{钩码}g× L$，代入数据$200g×10cm=50g× L$，解得L=40cm，因此零刻度标在右端离支点O40cm处。
② 钩码可移动的最远距离为杠杆右端到支点的50cm，此时左侧总重力对应的力臂乘积为$m_{总}g×10cm=50g× g×50cm$，解得$m_{总}=250g$，液体质量$m_{液}=250g-200g=50g$，液体体积为60mL，因此液体最大密度$\rho=\frac{50g}{60cm^3}\approx0.83g/cm^3$。
③ 增大密度天平的量程，可在相同力臂下提升最大可测量的左侧总重力，方法为增大钩码的质量（合理即可）。
(8) ① 力臂是支点O到F2作用线的垂直距离，从O点向F2的作用线作垂线，垂线段长度即为F2的力臂。
② 分析表格数据可知，低头角度θ越大，对应的拉力F1数值越大，即颈椎肌肉产生的拉力随低头角度增大而增大。
③ 由数据可知，头颅重力为2N时，低头45°对应的拉力为8.8N，头颅重力与拉力成正比，因此头颅重力为50N时，拉力$F=\frac{50N}{2N}×8.8N=220N$。
④ 从保护颈椎的角度，可提出建议：尽量减少低头的时间和角度，例如在使用电子设备时，将设备屏幕抬高，使屏幕中心与眼睛在同一高度，避免长时间低头看手机或电脑。
【答案】
(1) 右 便于测量力臂大小
(2) 3 不能 左
(3) $F_1l_1=F_2l_2$
(4) B
(5) C
(6) 弹簧测力计自身受到重力 在钩码的同侧，竖直向上拉动弹簧测力计
(7) ① 40 ② 0.83 ③ 增大钩码的质量
(8) ① 如图所示 ② 增大 ③ 220 ④ 尽量减少低头的时间和角度，例如在使用电子设备时，将设备屏幕抬高，使屏幕中心与眼睛在同一高度，避免长时间低头看手机或电脑
【知识点】
杠杆平衡条件
杠杆调平
杠杆的应用
【点评】
本题是一道综合性极强的杠杆实验探究题，从基础实验操作、规律验证，延伸到误差分析、图像辨析，再到密度天平、颈椎模型的创新应用，分层设置考点，既考察学生对基础知识点的掌握程度，又能锻炼学生将物理规律迁移到陌生场景的应用能力，符合新课标对探究类实验的能力考察要求。
【难度系数】
0.45
这道题围绕“探究杠杆的平衡条件”实验展开，覆盖基础操作、规律计算、图像分析、误差评估、创新应用全维度考点，解题思路可以按模块逐步推进：
1. 基础操作类：实验前杠杆调平遵循“左高左调、右高右调”原则，杠杆水平平衡时力臂与杠杆重合，可直接通过杠杆刻度读取力臂，明确该操作的目的。
2. 规律计算类：所有涉及钩码数量、力臂长度的计算，直接套用杠杆平衡条件$F_1l_1=F_2l_2$，对比两侧力与力臂的乘积大小即可判断杠杆倾斜方向。
3. 图像分析类：分析弹簧测力计夹角θ变化时动力臂的变化规律：θ从0°增大到90°时动力臂逐渐变大，θ从90°继续增大时动力臂逐渐变小，结合平衡条件反推拉力F的变化趋势即可匹配对应图像。
4. 误差评估类：分析弹簧测力计自身重力对测量结果的影响，多组力臂的实验操作的弊端，结合实验目的判断选项。
5. 创新应用类：将密度天平、颈椎模型转化为普通杠杆平衡问题，代入公式推导即可得到对应结果，结合生活常识给出合理建议。
【解析】
(1) 图甲中杠杆左端低右端高，为使杠杆在水平位置平衡，平衡螺母应向高的一侧即右侧移动；杠杆在水平位置平衡时，力的方向与杠杆垂直，力臂可以直接从杠杆刻度上读取，目的是便于测量力臂大小。
(2) 假设每个钩码重力为G，每格长度为L，根据杠杆平衡条件：$2G× 3L = nG× 2L$，解得n=3，因此B位置挂3个钩码；两边同时再加一个钩码后，左侧力与力臂乘积为$3G×3L=9GL$，右侧为$4G×2L=8GL$，两侧乘积不相等，因此不能平衡，左侧乘积更大，杠杆将向左侧倾斜。
(3) 分析实验数据可直接得到杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，即$F_1l_1=F_2l_2$。
(4) 当弹簧测力计与水平方向夹角θ从0°增大到90°时，动力臂逐渐增大，拉力F逐渐减小；θ从90°增大到180°时，动力臂逐渐减小，拉力F逐渐增大；且θ不可能为0°，此时动力臂为0无法平衡，因此拉力F先减小后增大，对应图像B。
(5) 图丁中杠杆上多个位置悬挂钩码，力和力臂的数量过多，变量复杂，不易总结出普遍的杠杆平衡规律，因此不宜采用该方式，选C。
(6) 弹簧测力计自身有重力，当弹簧测力计竖直向下拉杠杆时，自身重力会分担一部分拉力，导致测得的动力F3偏小，因此出现$F_3l_3＞F_4l_4$的情况；解决方法是在钩码的同侧竖直向上拉动弹簧测力计，消除弹簧测力计自身重力对实验的影响。
(7) ① 容器中没有液体时，根据杠杆平衡条件：$m_{容器}g× OA = m_{钩码}g× L$，代入数据$200g×10cm=50g× L$，解得L=40cm，因此零刻度标在右端离支点O40cm处。
② 钩码可移动的最远距离为杠杆右端到支点的50cm，此时左侧总重力对应的力臂乘积为$m_{总}g×10cm=50g× g×50cm$，解得$m_{总}=250g$，液体质量$m_{液}=250g-200g=50g$，液体体积为60mL，因此液体最大密度$\rho=\frac{50g}{60cm^3}\approx0.83g/cm^3$。
③ 增大密度天平的量程，可在相同力臂下提升最大可测量的左侧总重力，方法为增大钩码的质量（合理即可）。
(8) ① 力臂是支点O到F2作用线的垂直距离，从O点向F2的作用线作垂线，垂线段长度即为F2的力臂。
② 分析表格数据可知，低头角度θ越大，对应的拉力F1数值越大，即颈椎肌肉产生的拉力随低头角度增大而增大。
③ 由数据可知，头颅重力为2N时，低头45°对应的拉力为8.8N，头颅重力与拉力成正比，因此头颅重力为50N时，拉力$F=\frac{50N}{2N}×8.8N=220N$。
④ 从保护颈椎的角度，可提出建议：尽量减少低头的时间和角度，例如在使用电子设备时，将设备屏幕抬高，使屏幕中心与眼睛在同一高度，避免长时间低头看手机或电脑。
【答案】
(1) 右 便于测量力臂大小
(2) 3 不能 左
(3) $F_1l_1=F_2l_2$
(4) B
(5) C
(6) 弹簧测力计自身受到重力 在钩码的同侧，竖直向上拉动弹簧测力计
(7) ① 40 ② 0.83 ③ 增大钩码的质量
(8) ① 如图所示
② 增大 ③ 220 ④ 尽量减少低头的时间和角度，例如在使用电子设备时，将设备屏幕抬高，使屏幕中心与眼睛在同一高度，避免长时间低头看手机或电脑【知识点】
杠杆平衡条件
杠杆调平
杠杆的应用
【点评】
本题是一道综合性极强的杠杆实验探究题，从基础实验操作、规律验证，延伸到误差分析、图像辨析，再到密度天平、颈椎模型的创新应用，分层设置考点，既考察学生对基础知识点的掌握程度，又能锻炼学生将物理规律迁移到陌生场景的应用能力，符合新课标对探究类实验的能力考察要求。
【难度系数】
0.45
