Question

（2011?河西区二模）实验台上有如下器材：一个带支架且有刻度的杠杆、一个量程为0～5N的弹簧测力计、4个质量均为100g的钩码和细绳．请你利用上述器材设计一个实验，证明“在杠杆平衡时，如果动力臂和阻力臂保持不变，则动力的变化量跟阻力的变化量成正比”．
（1）在如图所示的杠杆中，如果用点A表示钩码悬挂在杠杆上的位置，用点B表示弹簧测力计作用在杠杆上的位置，请在图中的杠杆上标出B点的位置；
（2）根据你设计的实验，写出主要的实验步骤；
（3）设计一个表格，用于记录所需的数据；
（4）在证明这一结论时，应如何处理分析数据．

Answer 1

分析：（1）把钩码看成阻力，把弹簧测力计施加的力看成动力，钩码的总重约为4N，弹簧测力计的量程为0～5N，所以弹簧测力计拉力可以在支点右侧的≥第3格的任意整格处施加竖直向上的力，或者也可以在杠杆左侧≥第3格处施加竖直向下的力．
（2）在A处挂不同的钩码，计算阻力，在B处竖直向上拉动杠杆，测量动力．
（3）分别计算阻力变化量和动力变化量，观察在动力臂和阻力臂不变时，动力变化量和阻力变化量的关系．
（4）实验中为了使实验结论更具有普遍性，要进行多次实验．所以实验表格中要包括实验次数、动力臂、阻力臂、动力、阻力、动力变化量、阻力变化量、钩码质量．

解答：解：（1）A点悬挂钩码，其拉力是竖直向下的，要使杠杆平衡，可在杠杆的右侧施加竖直向上的拉力，或在杠杆的左侧施加竖直向下的拉力．
因此，B点的位置有多个选择．如图所示（答案不唯一）．
（2）以钩码的重力为阻力，以弹簧测力计的拉力为动力，在不改变力臂的情况下，依次改变挂钩码的个数（因有4只钩码，所以共改变4次），用弹簧测力计拉杠杆使其在水平位置平衡，并记录相关数据．最后对数据进行分析归纳．
实验步骤：①用细绳做一个绳套，拴牢在杠杆的B位置处，调节杠杆使其水平平衡，把动力臂L_动、阻力臂L_阻记录在表格中．将弹簧测力计的指针调节到零刻度线位置．
②在A位置处挂1个钩码，在B位置处竖直向上拉弹簧测力计，使杠杆水平平衡，将所挂钩码的质量m₀、弹簧测力计示数F_动0记录在表格中．
③在A点处加挂1个钩码，在B点处竖直向上拉弹簧测力计，使杠杆水平平衡，将所挂钩码的总质量m₁、弹簧测力计示数F_动1记录在表格中．
④仿照步骤③，重复2次，每次在A点处加挂1个钩码，在B位置处竖直向上拉弹簧测力计，使杠杆水平平衡；将各次所挂钩码的总质量、弹簧测力计示数记录在表格中．
⑤根据F_阻=G_砝码=m_砝码g，分别算出每次施加在A位置的阻力大小记录在表格中．
⑥分别算出实验中动力变化量△F_动和对应的阻力变化量△F_阻；将以上数据记录在表格中．
（3）在记录实验数据时，应包括动力、阻力、动力臂、阻力臂、动力变化量、阻力变化量、钩码质量等．因有4只钩码，实验次数可设定为4次．
实验数据记录表格：

实验次数	1	2	3	4
动力臂L动/cm
阻力臂L阻/cm
钩码质量m/g
动力F动/N
阻力F阻/N
动力变化量△F动/N
阻力变化量△F阻/N

（4）在分析处理数据时，应分别算出实验中动力变化量△F_动和对应的阻力变化量△F_阻，通过分析两者之间的比值是否变化，得出二者是否成正比．
故答案为：（1）如图；（2）实验步骤同上；（3）见上表；
（4）分别算出实验中动力变化量△F_动和对应的阻力变化量△F_阻，分析两者之间的比值情况，归纳变化规律．

点评：这个实验不只是验证杠杆平衡条件，而是探究动力臂、阻力臂不变时，动力变化量和阻力变化量之间的关系，对于学生来讲有较大的难度，尤其是表格的设计．注意记录的内容应包括两个变化量，同时根据提供的钩码情况确定实验进行的次数，具有一定的挑战性．