Question

16．探究有关杠杆平衡问题时

（1）第一小组先将杠杆调节至水平位置平衡，然后在杠杆左右两侧各挂如图甲所示的钩码后，杠杆的左端下降．要使杠杆重新在水平位置平衡，在不改变钩码总数和悬挂点的位置，他们将怎样操作将左侧2个钩码取下挂到右侧钩码下面即可．
（2）第二小组实验中，用如图乙所示的方式悬挂钩码，杠杆也能在水平位置平衡（杠杆上每 格等距），但老师建议不宜采用这种方式，该种方式不足的主要是因为C
A．一个人无法独立操作                  B．力臂与杠杆不重合
C．力和力臂数目过多，不易得出结论          D．杠杆受力不平衡
（3）第三小组想探究当动力和阻力在杠杆同侧时杠杆的平衡情况，于是将杠杆左侧的所有钩 码拿掉，结果杠杆转至竖直位置，如图丙所示．同学们在J点施加一个始终水平向右的拉力F，却发现无论用多大的力都不能将杠杆拉至水平位置平衡．你认为原因是当杠杆在水平位置时，动力臂为零，杠杆无法平衡．
（4）第四小组想计算第三小组拉力做的功．测出水平向右的拉力F大小为10N，0A长为20cm，第三小组将杠杆从竖直位置拉着转过30°角的过程中，拉力做功为1 J．

Answer 1

分析 （1）根据图甲中左右两侧挂钩码后两边力与力臂的乘积大小，判断杠杆的哪端下降；根据杠杆的平衡条件计算不改变钩码总数和悬挂点位置时，挂钩码情况；
（2）在初中阶段，探究杠杆平衡条件的实验，作用在杠杆上的力只有一个动力和一个阻力，不探究多个动力或阻力的作用下的杠杆平衡．
（3）分析F作用下其力臂变化情况，根据杠杆的平衡条件找到原因；
（4）分析并求出F在杠杆从竖直位置转过30°的过程中F水平移动距离，根据W=Fs计算拉力F做的功．

解答 解：
（1）若每个钩码重为G，杠杆上每格长L，
由图甲，左侧力与力臂的乘积：5G×4L=20GL，
右侧力与力臂的乘积：2G×3L=6GL，
因为：20GL＞6GL，所以杠杆左侧下降；
如果不改变钩码总数和悬挂点位置，若要杠杆平衡，左侧取下n个钩码挂到右侧，
则：（5-n）G×4L=（2+n）G×3L，
解得：n=2，即需将左侧2个钩码取下挂到右侧钩码下面；
（2）实验中，如图所示的方式悬挂钩码，杠杆平衡是杠杆的左侧在多个力共同作用的结果，采用这种方式是不妥当的．这主要是因为杠杆的力和力臂数目过多，故选C．
（3）由图将杠杆左侧的所有钩码拿掉，在A点施加一个始终水平向右的拉力F，当杠杆拉到水平位置时F的力臂通过支点，即力臂为0，根据杠杆的平衡条件所以始终不能平衡；
（4）由图杠杆从竖直位置转过30°的过程，F水平移动距离为OA长的一半，即s=$\frac{1}{2}$×20cm=10cm=0.1m，
所以拉力F做的功：W=Fs=10N×0.1m=1J．
故答案为：（1）左；（2）将左侧2个钩码取下挂到右侧钩码下面；（2）C；（3）当杠杆在水平位置时，动力臂为零，杠杆无法平衡；（4）1．

点评 本题考查杠杆平衡条件实验中出现问题分析和杠杆平衡条件运用，关键是求出杠杆转动30°时水平拉力F水平移动距离．