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12. 如图甲所示是小陆同学做“探究二力平衡条件”实验的情景。
(1)小陆用轻质卡片,是为了忽略卡片的____。这种突出问题的主要方面、忽略次要因素的研究方法是物理学中常采用的,以下两个实例中没有用到此研究方法的是____(填字母)。
A. 选用薄玻璃板来探究平面镜的成像特点
B. 选用轻质小球来显示发声音叉的振动
(2)当小卡片平衡时,小陆将小卡片____(选填“翻转”或“旋转”)一个角度,并且保持两根细线平行,松手后小卡片不能在此位置平衡,此现象说明____。
(3)为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡,在如图甲所示的情况下,小陆下一步的操作是____。
(4)在卡片平衡时,小陆将右边滑轮的位置上调(如图乙所示),目的是研究不在____(选填“水平方向”或“同一-直线”)上的两个大小相等的力能否平衡。
(1)小陆用轻质卡片,是为了忽略卡片的____。这种突出问题的主要方面、忽略次要因素的研究方法是物理学中常采用的,以下两个实例中没有用到此研究方法的是____(填字母)。
A. 选用薄玻璃板来探究平面镜的成像特点
B. 选用轻质小球来显示发声音叉的振动
(2)当小卡片平衡时,小陆将小卡片____(选填“翻转”或“旋转”)一个角度,并且保持两根细线平行,松手后小卡片不能在此位置平衡,此现象说明____。
(3)为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡,在如图甲所示的情况下,小陆下一步的操作是____。
(4)在卡片平衡时,小陆将右边滑轮的位置上调(如图乙所示),目的是研究不在____(选填“水平方向”或“同一-直线”)上的两个大小相等的力能否平衡。
答案
【解析】：
(1) 小陆用轻质卡片，是为了忽略卡片的重力。A选项选用薄玻璃板来探究平面镜的成像特点，忽略了玻璃板的厚度对实验的影响；B选项选用轻质小球来显示发声音叉的振动，是将音叉的微小振动放大，不是忽略次要因素。所以没有用到此研究方法的是B。
(2) 当小卡片平衡时，将小卡片旋转一个角度，并且保持两根细线平行，松手后小卡片不能在此位置平衡，此现象说明不在同一直线上的两个力不能平衡。
(3) 为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，下一步操作是用剪刀将卡片剪成两半。
(4) 将右边滑轮的位置上调，目的是研究不在水平方向上的两个大小相等的力能否平衡。
【答案】：
(1) 重力；B
(2) 旋转；不在同一直线上的两个力不能平衡
(3) 用剪刀将卡片剪成两半
(4) 水平方向
(1) 小陆用轻质卡片，是为了忽略卡片的重力。A选项选用薄玻璃板来探究平面镜的成像特点，忽略了玻璃板的厚度对实验的影响；B选项选用轻质小球来显示发声音叉的振动，是将音叉的微小振动放大，不是忽略次要因素。所以没有用到此研究方法的是B。
(2) 当小卡片平衡时，将小卡片旋转一个角度，并且保持两根细线平行，松手后小卡片不能在此位置平衡，此现象说明不在同一直线上的两个力不能平衡。
(3) 为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，下一步操作是用剪刀将卡片剪成两半。
(4) 将右边滑轮的位置上调，目的是研究不在水平方向上的两个大小相等的力能否平衡。
【答案】：
(1) 重力；B
(2) 旋转；不在同一直线上的两个力不能平衡
(3) 用剪刀将卡片剪成两半
(4) 水平方向
13. (2024 广东阳江)如图所示,小明利用身边的物品来探究杠杆的平衡条件,他所选择的器材有:铅笔、橡皮若干(每块橡皮质量为 10g)、细线、刻度尺等。
| 次序 | 动力 $ F_{1}/N $ | 动力臂 $ l_{1}/m $ | 阻力 $ F_{2}/N $ | 阻力臂 $ l_{2}/m $ |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
| 1 | 0.1 | 0.02 | 0.2 | 0.01 |
| 2 | 0.1 | 0.04 | | 0.02 |
| 3 | 0.2 | 0.04 | 0.1 | 0.08 |
(1)小明将细线大致系在铅笔的中部位置,铅笔静止后如图甲所示,若想调节铅笔水平平衡,他应将细线向____(选填“左”或“右”)移动。实验前调节铅笔水平平衡可以消除铅笔重力对实验的影响,在实验测量时保持铅笔水平平衡还有一个好处是便于测量____。
(2)调节铅笔水平平衡后,他用细线绑定数量不等的橡皮挂在铅笔支点两侧,如图乙所示,做了几次实验后将数据记录在上表中,则表中漏填的数据为____N。同桌的小亮按现有方案得出“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”的结论,这个结论与杠杆的平衡条件____(选填“相符”或“不相符”)。为了进一步完善实验,得出普遍规律,接下来的做法应该是改变力的____(填力的三要素),再做几次实验。
(3)若在实验过程中,调节铅笔水平平衡后(如图乙所示),小明不小心将前端细长的铅笔芯弄断了(如图丙所示),他立刻将铅笔稳住,并将铅笔芯放到右端细线处固定(如图丁所示),则松手后,铅笔的____(选填“左端”或“右端”)会下沉。
| 次序 | 动力 $ F_{1}/N $ | 动力臂 $ l_{1}/m $ | 阻力 $ F_{2}/N $ | 阻力臂 $ l_{2}/m $ |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
| 1 | 0.1 | 0.02 | 0.2 | 0.01 |
| 2 | 0.1 | 0.04 | | 0.02 |
| 3 | 0.2 | 0.04 | 0.1 | 0.08 |
(1)小明将细线大致系在铅笔的中部位置,铅笔静止后如图甲所示,若想调节铅笔水平平衡,他应将细线向____(选填“左”或“右”)移动。实验前调节铅笔水平平衡可以消除铅笔重力对实验的影响,在实验测量时保持铅笔水平平衡还有一个好处是便于测量____。
(2)调节铅笔水平平衡后,他用细线绑定数量不等的橡皮挂在铅笔支点两侧,如图乙所示,做了几次实验后将数据记录在上表中,则表中漏填的数据为____N。同桌的小亮按现有方案得出“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”的结论,这个结论与杠杆的平衡条件____(选填“相符”或“不相符”)。为了进一步完善实验,得出普遍规律,接下来的做法应该是改变力的____(填力的三要素),再做几次实验。
(3)若在实验过程中,调节铅笔水平平衡后(如图乙所示),小明不小心将前端细长的铅笔芯弄断了(如图丙所示),他立刻将铅笔稳住,并将铅笔芯放到右端细线处固定(如图丁所示),则松手后,铅笔的____(选填“左端”或“右端”)会下沉。
答案
【解析】：
### $(1)$ 调节铅笔平衡及水平平衡的好处
- 由图甲可知，铅笔静止后左端下沉，说明左端较重。根据杠杆平衡原理，应将细线向右移动，增大右端力臂，使铅笔水平平衡。
- 实验前调节铅笔水平平衡可以消除铅笔重力对实验的影响。在实验测量时保持铅笔水平平衡，此时力臂与铅笔重合，便于直接从铅笔（相当于刻度尺）上测量力臂。
### $(2)$ 计算漏填数据及分析结论
根据杠杆平衡条件$F_{1}l_{1}=F_{2}l_{2}$，已知$F_{1}=0.1N$，$l_{1}=0.04m$，$l_{2}=0.02m$，则$F_{2}=\frac{F_{1}l_{1}}{l_{2}}=\frac{0.1N\times0.04m}{0.02m}=0.2N$。
杠杆平衡条件是$F_{1}l_{1}=F_{2}l_{2}$（$l_{1}$、$l_{2}$是力臂，不一定是支点到力作用点的距离），所以“动力×支点到动力作用点的距离 = 阻力×支点到阻力作用点的距离” 这个结论与杠杆的平衡条件不相符。为得出普遍规律，应改变力的方向（力的三要素之一），再做几次实验（因为当力的方向改变时，力臂就不等于支点到力作用点的距离了）。
### $(3)$ 分析铅笔芯位置改变后铅笔的状态
设每块橡皮重力为$G$，铅笔重力为$G_{笔}$，原来平衡时（图乙）满足$G_{左}l_{左}=G_{右}l_{右}+G_{笔}l_{笔中}$（$l_{笔中}$为铅笔重心到支点距离）。
铅笔芯弄断后放到右端（图丁），此时左边力和力臂乘积为$G_{左}l_{左}$，右边力和力臂乘积为$(G_{右}+G_{笔芯})l_{右}$（因为$G_{笔芯}$移动到右端，$G_{笔}$减小，$G_{笔}l_{笔中}$变为$(G_{笔}-G_{笔芯})l_{笔中}^{'}$，但主要看左右两边）。由于$G_{左}l_{左}＜(G_{右}+G_{笔芯})l_{右}$（原来$G_{左}l_{左}=G_{右}l_{右}+G_{笔}l_{笔中}$，现在$G_{笔}l_{笔中}$部分转化为$G_{笔芯}l_{右}$且$G_{笔}$力臂变小 ），根据杠杆平衡条件，松手后，铅笔的右端会下沉。
【答案】：
$(1)$ 右；力臂
$(2)$ $0.2$；不相符；方向
$(3)$ 右端
### $(1)$ 调节铅笔平衡及水平平衡的好处
- 由图甲可知，铅笔静止后左端下沉，说明左端较重。根据杠杆平衡原理，应将细线向右移动，增大右端力臂，使铅笔水平平衡。
- 实验前调节铅笔水平平衡可以消除铅笔重力对实验的影响。在实验测量时保持铅笔水平平衡，此时力臂与铅笔重合，便于直接从铅笔（相当于刻度尺）上测量力臂。
### $(2)$ 计算漏填数据及分析结论
根据杠杆平衡条件$F_{1}l_{1}=F_{2}l_{2}$，已知$F_{1}=0.1N$，$l_{1}=0.04m$，$l_{2}=0.02m$，则$F_{2}=\frac{F_{1}l_{1}}{l_{2}}=\frac{0.1N\times0.04m}{0.02m}=0.2N$。
杠杆平衡条件是$F_{1}l_{1}=F_{2}l_{2}$（$l_{1}$、$l_{2}$是力臂，不一定是支点到力作用点的距离），所以“动力×支点到动力作用点的距离 = 阻力×支点到阻力作用点的距离” 这个结论与杠杆的平衡条件不相符。为得出普遍规律，应改变力的方向（力的三要素之一），再做几次实验（因为当力的方向改变时，力臂就不等于支点到力作用点的距离了）。
### $(3)$ 分析铅笔芯位置改变后铅笔的状态
设每块橡皮重力为$G$，铅笔重力为$G_{笔}$，原来平衡时（图乙）满足$G_{左}l_{左}=G_{右}l_{右}+G_{笔}l_{笔中}$（$l_{笔中}$为铅笔重心到支点距离）。
铅笔芯弄断后放到右端（图丁），此时左边力和力臂乘积为$G_{左}l_{左}$，右边力和力臂乘积为$(G_{右}+G_{笔芯})l_{右}$（因为$G_{笔芯}$移动到右端，$G_{笔}$减小，$G_{笔}l_{笔中}$变为$(G_{笔}-G_{笔芯})l_{笔中}^{'}$，但主要看左右两边）。由于$G_{左}l_{左}＜(G_{右}+G_{笔芯})l_{右}$（原来$G_{左}l_{左}=G_{右}l_{右}+G_{笔}l_{笔中}$，现在$G_{笔}l_{笔中}$部分转化为$G_{笔芯}l_{右}$且$G_{笔}$力臂变小 ），根据杠杆平衡条件，松手后，铅笔的右端会下沉。
【答案】：
$(1)$ 右；力臂
$(2)$ $0.2$；不相符；方向
$(3)$ 右端
