Question

（1）某小组研究“杠杆的使用特点”，器材：有刻度的杠杆、若干个相同的钩码、弹簧测力计等，O为杠杆的支点．实验中，在杠杆P点上挂三个相同的钩码，先后四次用弹簧测力计在Q位置沿不同方向向下拉杠杆，如图甲中A、B、C、D 所示，每次都能使杠杆在水平位置平衡．若以测力计的拉力为动力F₁，钩码对杠杆的作用力为阻力F₂，“动力的方向”用QR连线与测力计拉力方向所组成的夹角θ表示，且0°＜θ≤90°．请仔细观察图甲中的操作和测量结果，然后归纳结论．

①实验前，应先调节杠杆在______位置平衡．这样做，除了可以消除自身的重力影响，还可以方便地测量或读出______．调节时，如发现杠杆左端偏高，应如何操作：______．
②分析比较图甲（A）、（B）与（D）的操作和弹簧测力计指针的位置，可得到的初步结论：阻力、阻力臂一定时，动力随动力臂增大而______（选填：增大或减小）．
③分析比较图甲（A）、（B）、（C）和（D）的动力F₁的大小与动力方向之间的关系，可得到的初步结论：______．
④某次实验中，用如图乙所示的方式悬挂钩码，杠杆也能水平平衡（杠杆上每格等距），但老师却往往提醒大家不要采用这种方式．这主要是以下哪种原因______（选填字母）．
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
（2）如图丙所示，长1.6m、粗细均匀的金属杆可以绕O点在竖直平面内自由转动，一个“拉力--位移传感器”竖直作用在杆上，并能使杆始终保持水平平衡．该传感器显示其拉力F与作用点到O点距离x的变化关系如图丁所示．由图可知金属杆重______N．

Answer 1

【答案】分析：（1）①为了避免杠杆重力对杠杆平衡产生的影响和便于测量力臂，实验前，应首先进行杠杆平衡调节，根据杠杆的平衡条件，杠杆左、右两端的螺母（或一端的螺母）向杠杆上翘的一端调节．
②③可由图分析力臂的变化及力的变化，进而可得出结论．
④如图操作，左端有三个拉力，对应的有三个力臂，要计算三个力与力臂的乘积，不符合杠杆一个动力、一个阻力的要求．
（2）解决图表类的题目要充分利用表中数据，此题，杠杆是粗细均匀的一只金属杆，重心在杠杆的中点，当x为0.8m时，动力臂等于阻力臂，所以拉力等于杠杆的重力．
解答：解：（1）①因为杠杆的重力对杠杆平衡产生的影响，实验前，应首先进行杠杆平衡调节．当杠杆处于水平平衡时，作用在杠杆上的动力和阻力--钩码的重力--的方向恰好与杠杆垂直，这时力的力臂就可以从杠杆上的刻度直接读出．因此，调节杠杆的水平平衡是为了便于测量力臂的大小．如发现杠杆左端偏高，说明杠杆重心位置偏右，向左调节杠杆左侧平衡螺母或向左调节杠杆右侧平衡螺母．
②比较A、B、D可得，它们的动力臂逐渐变长，而弹簧测力计的示数却逐渐变小，故阻力、阻力臂一定时，动力随动力臂增大而减小．
③分析A、B、C、D三个图中动力与动力方向的关系不难看出，随着动力与图中所示杠杆间的角度的变大，动力臂变大，动力变小，即θ夹角越小，动力越大．
④杠杆平衡后，右边有一个力与力臂的乘积，而左边有三个力与力臂的乘积，共有四个力与力臂的乘积，数目过多，计算不便．
（2）粗细均匀的金属杆长为1.6m，则其重心在0.8m处，此处动力臂等于阻力臂，由杠杆平衡条件可知，拉力的大小即为金属杆的重，故重力为10N．
故答案为：（1）①水平；力臂；平衡螺母向左调．②减小③θ夹角越小，动力越大．（反之亦对）④D  （2）10N
点评：解决与杠杆平衡条件相关问题的基本方法：准确找出题中杠杆的五要素，再将对应的动力和动力臂、阻力和阻力臂代入杠杆平衡条件，即可求解；解决图表类的题目要充分利用表中数据，此题，当x为0.8m时拉力等于杠杆的重力．