Question

4．在探究杠杆的平衡条件时，同学们联想玩跷跷板的游戏，决定要研究动力对杠杆平衡的影响．他们将一个玩具“水蓝蓝”固定在杠杆一端的B点作为阻力，且保持阻力的大小、方向、作用点都不变，在杠杆的另一端用力使杠杆在水平位置平衡，并用弹簧测力计测出动力的大小．实验中，甲小组每次都保持动力在竖直方向、只改变动力作用点的位置，分别如图（a）中的F₁、F₂、F₃所示；乙小组每次都保持动力作用点的位置不变、改变动力的方向（“动力的方向”用OA连线跟动力方向的夹角θ表示，且0°＜θ≤90°），分别如图（b）中的F₄、F₅、F₆所示；表一、表二是两小组同学记录的实验数据．

表一       甲小组				表二      乙小组
实验 序号	支点到动力 作用点的距 离S （厘米）	动力的方 向（夹角θ）	动力的 大小（牛）	实验 序号	支点到动力 作用点的距 离S （厘米）	动力的方 向（夹角θ）	动力的 大小（牛）
1	5	90°	6	4	15	30°	4
2	10	90°	3	5	15	45°	2.8
3	15	90°	2	6	15	90°	2

（1）分析比较表一中第二列和第四列的实验数据可知：作用在杠杆一端的阻力不变时，要使杠杆平衡，在动力方向不变（θ=90°）的情况下，支点到动力作用点的距离S越大，动力越小．
（2）分析比较表二中第三列与第四列的实验数据可知：作用在杠杆一端的阻力不变时，要使杠杆平衡，在动力作用点不变的情况下，改变动力的方向，θ越大，动力越小．
（3）进一步综合分析表一与表二中的实验数据及相关条件，可得出的初步结论是：作用在杠杆一端的阻力不变时，影响杠杆平衡的因素是动力的大小、支点到动力作用线的距离．
（4）小华按照甲组同学的实验方法，把用弹簧测力计拉改为挂钩码做了上述实验，如图（c）所示．发现每组数据都比甲组同学测得的数据要大，你知道是什么原因吗？甲组同学没有考虑到弹簧测力计的外壳受到的重力．

Answer 1

分析 （1）控制阻力不变，动力方向不变（θ=90°），比较表一中第二列和第四列的实验数据得出支点到动力作用点的距离S与动力的关系；
（2）控制阻力不变，动力作用点不变，改变动力的方向，观察动力的方向（夹角θ）与动力的关系；
（3）综合（1）（2）可得出作用在杠杆一端的阻力不变时，影响杠杆平衡的因素；
（4）在探究杠杆平衡条件时，应考虑弹簧测力计的外壳的重力对实验的影响．

解答 解：
（1）研究表一中第二列与第四列实验数据，即比较支点到动力作用点的距离S和动力的大小可知，当阻力不变时，杠杆平衡时动力的大小与支点到动力作用点之间的关系，且在动力方向不变（θ=90°）的情况下，支点到动力作用点的距离S越大，动力越小；
（2）研究表二中第三列与第四列实验数据可知，当支点到动力作用点不变时，改变动力的方向，θ越大，动力越小；
（3）综合分析表一与表二中的实验数据及相关条件，我们可以得到：影响杠杆平衡时拉力的大小与动力的大小、支点到动力作用线的距离有关．
（4）甲组同学在实验时用弹簧测力计拉，没有考虑到弹簧测力计的外壳受到的重力，因此，把用弹簧测力计拉改为挂钩码做了上述实验，每组数据都比甲组同学测得的数据要大．
故答案：（1）支点到动力作用点的距离S越大，动力越小；（2）第三列与第四列；（3）动力的大小、支点到动力作用线的距离；（4）甲组同学没有考虑到弹簧测力计的外壳受到的重力．

点评 此题为探究杠杆的平衡条件实验，解答此题的关键是控制变量法的应用，物理学中对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题．每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法．