探究杠杆平衡条件的实验

探究课题：探究杠杆平衡条件的实验实验装置

实验方法控制变量法，实验法

实验原理杠杆平衡

探究过程1.把杠杆的中点支在铁架台上，调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在

水平位置平衡；

2.将钩码分别挂在杠杆的两侧，改变钩码的位置或个数使杠杆在水平位置保持平衡，分别记录下此时动力F

1

、动力臂l

1

、阻力F

2

和阻力臂

l

2

的数值，并将实验数据记录在表格中；

3.把钩码挂在杠杆上，在支点的同侧用测力计竖直向上拉杠杆，重复实验记录数据，需多次改变杠杆所受作用力大小，方向和作用点；

4.整理实验器材

记录表格

动力

F1（N）

动力臂

l

1

(cm)

动力×

动力臂

(N?M）

阻力

F

2

(N)

阻力臂

l

2

(cm)

阻力×阻

力臂(N?m)

步骤

1

步骤

2

步骤

3

实验结论当杠杆平衡时，动力×动力臂=阻力×阻力臂，即F

1L

1

=F

2

L

2

满分归纳——考点方向器材作用 1.钩码的作用？

注意事项1.实验前杠杆的调节：

2.将杠杆调成水平位置平衡的目的是：

3.选择杠杆中点作为支点的好处：

4.将砝码换成测力计的缺点是：

5.如上面丙图中，弹簧测力计由竖直向上拉变成斜着拉，的示数作怎样变化：，理由是：

6.多次实验的目的是：

经典例题

1．在探究“杠杆平衡的条件”实验中，所用的实验器材有：杠杆（每小格均等长）、铁架台、刻度尺、细线和若干个重为1N的钩码。

（1）为了便于测量力臂要将如图甲所示杠杆调节在水平位置平衡，应将平衡螺母适当往（选填“左”或“右”）调；

（2）杠杆调节好后，进行了三次实验，实验情景如图乙、丙、丁所示，以两边钩码的

重力分别为动力F

1和阻力F

2

，对应的力臂为L

1

和L

2

，由此可得杠杆的平衡条件

为：。实验中进行多次实验的目的是（选填“A”或“B”）

：

A．取平均值减少误差

B．使实验结论具有普遍性

（3）将如图丁所示杠杆两边的钩码各撤掉1个，则杠杆（选填“保持平衡”、“左端下沉”或“右端下沉”）；

（4）如图1所示，用细绳竖直向上拉，使杠杆在水平位置平衡，则拉力F为N；保持杠杆平衡，将细绳转到虚线位置时，拉力F大小将（选填“变大”、“不变”或“变小”）；

（5）在生活、生产中经常应用到杠杆的平衡条件，例如用天平测量物体的质量。某次用天平测量物体质量时，如图2所示，则物体的质量为g。

【解析】（1）由图知，右端偏高，为使杠杆在水平位置平衡，需要将平衡螺母向右调节；

（2）杠杆调节好后，进行了三次实验，实验情景如图乙、丙、丁所示，以两边钩码的

重力分别为动力F

1和阻力F

2

，对应的力臂为L

1

和L

2

，分析上述数据，可得出的杠杆的

平衡条件是：F

1l

1

＝F

2

l

2

（或动力×动力臂＝阻力×阻力臂）；

本题为探究性实验，实验中多次实验，是为了得出普遍性结论，避免偶然性，故选B；（3）如图丁所示杠杆两边的钩码各撤掉1个，

左端：2G×4L＝8GL，右端：G×6L＝6GL，

左端大于右端，故左端下沉；

（4）设杠杆每个格的长度为L，每个钩码的重力为G＝1N，根据杠杆的平衡条件：

F 1L

1

＝F

2

L

2

，2G?2L＝F?4L，解得F＝G＝1N，

保持杠杆平衡，将细绳转到虚线位置时，拉力F向左倾斜时，此时F的力臂变短，根据杠杆的平衡条件，力变大；

（5）在天平的标尺上，1g之间有5个小格，一个小格代表的质量是0.2g，被测物体的质量为50g+20g+2g＝72g。

【答案】（1）右；（2）F

1L

1

＝F

2

L

2

（动力×动力臂＝阻力×阻力臂）； B；（3）左端

下沉；（4）1；变大；（5）72

突破练习

2．小飞用图1装置来探究杠杆的平衡条件，设弹簧测力计和钩码对杠杆的拉力分别为动

力F

1和阻力F

2

，l

1

和l

2

分别表示动力臂和阻力臂。他的实验思路是改变F

2

、l

1

和l

2

，

测得杠杆平衡时所需的拉力F

1，来寻找F

1

、F

2

、l

1

和l

2

四个物理量之间的关系。已知

实验前已调节杠杆在水平位置平衡，弹簧测力计的量程为0～5N，杠杆上每一格长10cm。

实验次数阻力F

2/N 阻力臂l

2

/cm 动力臂l

1

/cm 动力F

1

/N

1 4 33 30

2 4 18 30 2.4

3 4 7.5 30 1.0

（1）为便于测量力臂，弹簧测力计应沿方向拉杠杆，并使之在位置平衡；

（2）小飞首先保持F

2和l

1

不变而改变l

2

，所获得的实验数据如表格所示，第1次实

验中弹簧测力计示数的放大图如图2所示，则F

1

＝N，此时杠杆的类型与（选填“筷子”或“老虎钳”）相同；

（3）为获得更多组数据，小飞继续进行（2）中实验，则为能顺利完成实验，在改变

阻力臂l

2时，l

2

应不超过cm；完成上述实验后，小飞接下来还应进行的实验有

①保持不变而改变F

2；②保持F

2

和l

2

不变而改变l

1

。

3．在“探究杠杆平衡条件”的实验中：

（1）如图甲，把质量分布均匀的杠杆中点O作为支点，其目的是消除对实验的影响。为了方便直接测出力臂，实验前应先调节杠杆在水平位置平衡，当在A处挂上钩码后杠杆转动，说明力能改变物体的。

（2）图乙中杠杆恰好处于水平位置平衡，若在A处下方再挂一个相同的钩码，为使杠杆保持水平平衡，需将挂在B处的钩码向右移动格。当杠杆平衡、钩码静止时，挂在A处的钩码所受重力和钩码所受拉力是一对力。

（3）如图丙，小明取下B处钩码，改用弹簧测力计钩在C处，使杠杆再次在水平位置平衡，弹簧测计示数（选填“大于”、“小于”或“等于”）1N，如果竖直向上拉动弹簧测力计，它是杠杆（选填“省力”、“费力”或“等臂”）（每个

钩码重0.5N）。

（4）小明经过多次实验，分析实验数据后得出了杠杆平衡条件。

4．小华在做“探究杠杆平衡条件”实验的装置如图，杠杆上相邻刻线间的距离相等。

（1）杠杆在如图甲的位置静止时（选填“是”或“不是”）处于杠杆平衡状态的。

（2）为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向（选填“左”或“右”）端调节。

（3）如图乙，杠杆在水平位置平衡后，在A点挂两个钩码，每个钩码重0.5N，在B 点竖直向下拉弹簧测力计，仍使杠杆水平位置平衡，此时弹簧测力计的示数应为N．当弹簧测力计改为斜拉时，再次使杠杆水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将。（选填“变大”、“变小”或“不变”）

（4）小华改变钩码的个数和位置进行了多次实验，其目的是。

5．下面是小聪利用刻度均匀的匀质杠杆进行探究“杠杆平衡条件”的实验。

（1）实验前为方便测量力臂，应将杠杆调节到位置平衡，将杠杆的中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆左端下沉，这时应将平衡螺母向（选“左”

或“右”）端调节。

（2）调节平衡后，在杠杆B点处挂6个钩码，如图甲所示，则在A点处应挂个同样的钩码，杠杆仍然在水平位置平衡。

（3）图乙是小聪利用弹簧测力计做的某次实验情景，已知杠杆每格长5cm，钩码每个重0.5N，请将弹簧测力计的示数填入下表。

实验序号动力F

1/N 动力臂L

1

/m 阻力F

2

/N 阻力臂L

2

/m

1 0.15 3.0 0.10

上述实验数据不符合杠杆平衡条件，出现问题的原因是。

6．利用杠杆开展相关实验探究：

（1）安装好杠杆，将其放到水平位置后松手，发现杠杆沿顺时针方向转动，如图甲所示。则应将平衡螺母向（选填“左”或“右”）调节，直到杠杄在水平位置平衡；

（2）如图乙所示，在A点挂3个重力均为0.5N的钩码，在B点用弹簧测力计竖直向下拉杠杆，使其在水平位置平衡，弹簧测力计的示数为N；若在第（1）小题所描述的情形中未调节平衡螺母而直接开展上述实验，弹簧测力计的示数会（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；

（3）始终竖直向下拉弹簧测力计，使杠杆从水平位置缓慢转过一定角度，如图丙所示。

此过程中，弹簧测力计拉力的力臂（选填“变大”、“变小”或“不变”，下同），拉力的大小。

7．如图是探究杠杆平衡条件的几个实验情景：

（1）挂钩码前，杠杆在如图甲所示的位置静止，此时杠杆（选填“达到”或“没有达到”）平衡状态，接下来调节杠杆两端的螺母，使杠杆处于。

（2）如图乙，A点挂有2个质量均为50g的钩码、为了让杠杆在水平位置平衡，应在B点挂个质量均为50g的钩码。

（3）如图丙，现给你一个量程为0～2N的弹簧测力计，若干个50g的钩码，钩码挂在C点处，现使用弹簧测力计和钩码使杠杆在水平位置平衡，则在C点处所挂钩码的最多个数为个。

8．小红和小明利用如图所示装置探究杠杆的平衡条件。

次数F

1/N L

1

/cm F

2

/N L

2

/cm

1 1 10

2 5

2 2 10 1 20

3 2 15 3 10

（1）若实验前杠杆如图甲所示，可将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）在实验过程中，调节杠杆在水平位置平衡的目的是。

（3）在杠杆两端挂加钩码，并移动钩码，使杠杆在水平位置平衡，测出力臂。多次实验并把数据记录在表格中。多次实验的目的是。

（4）小明根据以上数据得出杠杆平衡条件是。

（5）杠杆调节平衡后，小红在杠杆上的A点处挂4个钩码，如图乙所示，为使杠杆重新平衡，应在B点挂个钩码。

（6）如图丙所示，用弹簧测力计在C处竖直向上拉，使杠杆在水平位置平衡。当弹簧测力计在原位置逐渐向右倾斜时，使杠杆仍然在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将（选填“变大”“变小”或“不变”）。

9．在“探究杠杆平衡条件”的实验中。

（1）让杠杆在水平位置平衡的目的是。

（2）杠杆平衡后，小英同学在图甲所示的A位置挂上两个钩码，可在B位置挂上个钩码，使杠杆在水平位置平衡。

（3）取下B位置的钩码，改用弹簧测力计拉杠杆的C点，当弹簧测力计由位置1转至位置

2的过程中，杠杆在水平位置始终保持平衡（如图乙），测力计示数如何变化：。

（4）在探究过程中，我们需要测量和记录动力、动力臂、阻力、阻力臂四个物理量，在进行多次实验的过程中，我们（选填“可以”“不可以”）同时改变多个量，进行探究测量。

（5）探究完杠杆平衡条件后，小英同学发现日常生活中有很多的杠杆：

a．在农村老家她发现一种“舂米对”的古代简单机械，它的实质是一种杠杆，其示意图如图丙所示。使用这个装置时，人在A端用力把它踩下后立即松脚，B端就会立即下落，打在石臼内的谷物上，从而把谷物打碎。用力将它踩下去的过程中，动力是（它的重力/脚踩的力），脚松开到打在石臼内的谷物时，它的重力是（动力/阻力）。

b．回到家里，发现家里的两种墙壁开关也是杠杆如图丁，其按钮可绕面板内的轴转动。

根据你的生活经验，你认为（填“1”或“2”）较易损坏，这是因为按动这种开关的较小，按动需要的力较大。

10．如图所示，是“探究杠杆的平衡条件”的实验装置。

（1）实验前，杠杆如图甲静止，为使得杠杆在水平位置平衡，应将两端的平衡螺母向调节；

（2）杠杆平衡后，在左侧A点挂两个钩码，每个钩码重1N，在右端B竖直向下拉着弹簧测力计，使杠杆在水平位置平衡，如图所示，此时弹簧测力计的示数F＝N；

（3）若在B点斜向右下方拉弹簧测力计，仍保持杠杆水平平衡，则弹簧测力计的示数将（变大/变小/不变）；此时，要使杠杆在水平位置平衡且弹簧测力计的示数仍等于F，应将钩码向（左/右）移动适当的距离。

11．小明在“探究杠杆平衡条件”的实验中。

（1）实验前，将杠杆中点置于支架上，杠杆处于如图甲所示的静止状态，他应把杠杆左端的平衡螺母向（选填“左”或“右”）侧调节，使杠杆在水平位置平衡。

（2）某同学用如图乙装置通过多次实验操作及数据分析出杠杆平衡的条件是：动力×动力作用点到支点的距离＝阻力×阻力作用点到支点的距离，你认为他的结论（选填“可靠”或“不可靠”），原因是。

（3）如图乙所示，杠杆在水平位置平衡，若将A、B两点下方挂的钩码同时朝远离支点O方向移动一小格，则杠杆（选填“仍保持平衡”、“左端下沉”或“右端下沉”）。

（4）取下A点下方所挂钩码，改用弹簧测力计在C点竖直（选填“向上”或“向下”）拉杠杆，才能使杠杆在水平位置平衡，此时弹簧测力计的示数为F

1

，如果将弹簧测力计沿如图丙所示方向拉杠杆，使杠杆仍处于水平位置平衡，此时弹簧测力

计的示数为F

2，则F

2

F

1

（选填“＞”、“＝”或“＜”）