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  4. 杠杆的平衡条件

小丽和小宇同学在探究“杠杆的平衡条件”实验中所用的实验器材有:杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个.(1)实验前,将杠杆中点置于支架上,当杠杆静止

一、题文

小丽和小宇同学在探究“杠杆的平衡条件”实验中所用的实验器材有:杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个.
(1)实验前,将杠杆中点置于支架上,当杠杆静止时,发现杠杆左端低,右端高,此时,应把杠杆两端的平衡螺母向______(选填“左”或“右”)调节,使杠杆在水平位置平衡.
(2)杠杆调节平衡后,小丽同学在A点悬挂2个重均为0.5N的钩码,在B点用弹簧测力计拉杠杆,使杠杆水平平衡,如图所示,这样做的目的是为了便于测量______.要使弹簧测力计示数最小,弹簧测力计的拉力应沿______方向,大小为______N.
(3)杠杆调节平衡后,小宇同学经过实验,获得了下述数据:
动力F1/N动力臂L1/cm阻力F2/N阻力臂L2/cm
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于是小宇得出了杠杆的平衡条件为:“动力+动力臂=阻力+阻力臂”.你认为小宇的实验过程存在的问题是:______.

考点提示:杠杆的平衡条件

二、答案

(1)当杠杆静止时,发现杠杆左端低,右端高,要使杠杆两端的平衡螺母向上翘的右端移动.
(2)杠杆在水平位置平衡,力臂在杠杆上,便于测量力臂大小.
要使弹簧测力计示数最小,力臂要最大,弹簧测力计要竖直方向上用力.
钩码阻碍杠杆顺时针转动,弹簧测力计促使杠杆顺时针转动,所以弹簧测力计竖直向下用力.
设杠杆每一个小格代表 L,
根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2得,1N×3L=F2×2L,∴F2=1.5N.
(3)通过实验总结实验结论,要进行多组实验,从多组实验数据中,总结实验结论,这样的结论才具有普遍性.只做一次实验,具有很大的偶然性.
故答案为:(1)右;(2)力臂;竖直向下;1.5N;(3)只做一次实验,具有很大的偶然性.

三、考点梳理

知名教师分析,《小丽和小宇同学在探究“杠杆的平衡条件”实验中所用的实验器材有:杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个.(1)实验前,将杠杆中点置于支架上,当杠杆静止》这道题主要考你对 杠杆的平衡条件 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:杠杆的平衡条件

考点名称:杠杆的平衡条件
  • 杠杆的平衡条件:
    动力×动力臂=阻力×阻力臂。

    在杠杆平衡时,动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之几。

  • 利用杠杆平衡条件来分析和计算有关问题,一般遵循以下步骤:
    (1)确定杠杆支点的位置。
    (2)分清杠杆受到的动力和阻力,明确其大小和方向,并尽可能地作出力的示意图。
    (3)确定每个力的力臂。
    (4)根据杠杆平衡条件列出关系式并分析求解。

    例:如图所示,AOB为一机械设备的简化示意图,我们可以把它看成杠杆(自重不计),已知AO= 2OB。固定D点,使OB处于水平位置,此时B端挂一重为40N的物体,要使杠杆不发生转动,至少需在A端施加F=____N的力,在图上画出此时力F的方向。

    解析:要想得到施加在A点的最小力,就要找到最大力臂,由图可知,最大力臂应是OA,故过A点作们的垂线,方向斜向下即为最小力。据杠杆平衡条件得:F·OA=G·OB,代入数值为F×2OB=40N×OB,解方程得F=20N。
    答案:20   力F的方向如图


    实验法探究杠杆平衡条件:
        实验前要调节杠杆的平衡螺母使其在水平位置上平衡,目的是使杠杆的重心落在支点上,从而消除杠杆的重力对平衡的影响。当杠杆水平平衡时,O点距悬挂钩码处的距离便是力臂,而且可用杠杆上的“格数”代替力臂大小。

    例:我们都做过“探究杠杆平衡条件”的实验。
    (1)实验没有挂钩码时,若杠杆左端下倾,则应将右端的平衡螺母向____(选填“左”或“右”)调节,使杠杆在水平位置平衡。实验前使杠杆水平平衡的目的是____.
    (2)实验中,用图所示的方式悬挂钩码,杠杆也能水平平衡(杠杆上每格等距),但老师却提醒大家不要采用这种方式。这主要是因为该种方式(    )
    A.一个人无法独立操作
    B.需要使用太多的钩码
    C.力臂与杠杆不重合
    D.力和力臂数目过多
    (3)图中,不改变支点O右侧所挂的两个钩码及其位置,保持左侧第____格的钩码不动,将左侧另外两个钩码改挂到它的下方,杠杆仍可以水平平衡。

    解析:(1)实验前要调节杠杆的平衡螺母使其在水平位置平衡,目的是方便地测量力臂。调节方法是将平衡螺母向杠杆偏高的一端调,即哪端轻向哪端调。
    (2)探究杠杆平衡条件时,用的力和力臂数目过多,每个力都会给杠杆转动带来影响,给探究过程带来麻烦。
    (3)根据杠杆平衡条件,即,所以l1=2(格)。

    答案:(1)右方便地测量力臂(2)D(3)2

    利用杠杆平衡条件求最小力的方法:
        由公式可知,当阻力、阻力臂一定时,动力臂越长,动力越小。当动力臂最长时,动力最小。要求最小动力,必须先画出最大动力臂。
    1.寻找最大动力臂的方法
    (1)当动力作用点确定后,支点到动力作用点的线段即为最大动力臂;
    (2)动力作用点没有规定时,应看杠杆上哪一点离支点最远,则这一点到支点的距离即为最大动力臂。
    2.作最小动力的方法
    (1)找到最大动力臂后,过作用点作动力臂的垂线;
    (2)根据实际,动力能使杠杆沿阻力作用的反方向转动,从而确定动力的方向。

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