透視中考探究“杠桿平衡條件”實驗

探究“杠桿平衡條件”實驗是力學實驗的重點，由于此實驗能夠考查學生的動手操作能力、分析歸納能力、評估能力等，因此近幾年各省市中出現此類試題的頻率很高，下面就2011中考試題為例按考查形式分類列舉進行解讀：

一、基本操作環節

例1：在探究杠桿平衡條件的過程中，我們把支點放在質地均勻的杠桿中間，這樣做的目的是_________；實驗時，首先調節杠桿兩端的平衡螺母，并使杠桿在水平位置平衡，這樣做的好處是__________；同學們通過多次實驗，得出以下數據，分析得出杠桿平衡條件是_________；請你應用杠桿平衡條件，把表格中的數據填寫完整。

小光同學做實驗時，在杠桿上掛了如上圖1所示的兩組鉤碼。若在不加減鉤碼的前提條件下，把左端的兩個鉤碼向右移動______________個格，可使杠桿平衡；若在不移動鉤碼位置的前提條件下，采用兩端同時減掉_________________的方法，也可使杠桿平衡（杠桿上相鄰刻線之間的距離相等，每個鉤碼的質量都相同）。

解析：探究實驗中杠桿應選取輕質、均勻的杠桿，并且支點選擇在杠桿中點，這樣做可以使杠桿重力的作用線通過支點，重力的力臂為零，避免了杠桿重力對杠桿的平衡的影響。實驗時，首先調節杠桿兩端的平衡螺母，并使杠桿在水平位置平衡，以便測量力臂。分析數據不難得出規律：動力×動力臂=阻力×阻力臂。根據此規律可以得出表格中的數據，同時也能解決杠桿的再次平衡問題，其中的格數相當于力臂。

答案：避免杠桿自身重力對杠桿平衡的影響（或杠桿重心在支點上、杠桿重力作用線過支點）； 便于測量力臂； F1l1=F2l2（或 動力×動力臂=阻力×阻力臂）； 2（表格中的數據）；1；1個鉤碼

點評：實驗中要注意操作的細節，無論是杠桿的平衡調節，還是器材的選擇、支點位置的確定、鉤碼或彈簧測力計的位置等。

練習：在探究杠桿平衡條件的實驗中：

（1）小麗把杠桿支在支架上，調節杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在__________位置平衡。

（2）如圖2所示，在杠桿右邊B處掛兩個相同的鉤碼，要使杠桿仍在水平位置平衡，應在杠桿左邊A處掛__________個相同的鉤碼。

（3）如上圖3所示，用彈簧測力計在C處豎直向上拉，當彈簧測力計逐漸向右傾斜時，杠桿仍然在水平位置平衡，彈簧測力計的拉力F ________（填“變大” 、“不變” 或“變小”），原因是________________。

答案：（1）水平； （2）三； （3）變大；拉力F的力臂變小。

二、評估交流環節

例2 ：如下圖4所示，小明在探究“杠桿的平衡條件”實驗中所用的實驗器材有：杠桿、支架、彈簧測力計、刻度尺、細線和質量相同的鉤碼若干個。

（1）實驗前，將杠桿中點置于支架上，當杠桿靜止時，發現杠桿右端下沉。此時，應把杠桿兩端的平衡螺母向___________（選填“左”或“右”）調節，使杠桿在不掛鉤碼時，保持__________并靜止，達到平衡狀態。這樣做的好處是：便于在杠桿上直接測量_____________。

（2）杠桿調節平衡后，小明在杠桿上A點處掛4個鉤碼，在B點處掛6個鉤碼杠桿恰好在原位置平衡。于是小明便得出了杠桿的平衡條件為：___________。他這樣得出的結論是否合理？為什么？

（3）實驗結束后，小明提出了新的探究問題：“若支點不在杠桿的中點時，杠桿的平衡條件是否仍然成立？”于是小組同學利用如上圖5所示裝置進行探究，發現在杠桿左端的不同位置，用彈簧測力計豎直向上拉使杠桿處于平衡狀態時，測出的拉力大小都與杠桿平衡條件不相符。其原因是：____________________。

解析：此題重在考查對探究結論的可信度的評價，同時對操作環節進行評價。（1）調節杠桿平衡的方法是“左沉右調，右沉左調”；杠桿保持水平平衡，因為鉤碼的重力是豎直向下的，力臂為杠桿本身，這樣以便直接在杠桿上測量力臂。（2）杠桿平衡條件F1 l1= F2 l2；對此結論得出雖然與事實相符，但只通過一次實驗獲得的結論不具有普遍性。

答案：（1）左；水平；力臂。（2）F1 l1= F2 l2；不合理；結論具有偶然性（結論沒有普遍性）。（3）杠桿自重的影響。

點評：如果在探究過程中出現異?，F象，就要注意評估出現這種異?，F象的原因是什么，從而排除故障繼續進行有效的探究。對于評估的范圍很廣，可以評估優點，也可以評價缺點?？梢栽u估探究過程，也可以評估探究結果。因此要多方面地掌握評估的類別和方法，注意其科學性、可行性、評估操作行為的規范性、評估數據的可靠性等。

練習：（2011年江蘇省連云港市）在“探究杠桿的平衡條件”的實驗中：

（1）在沒有掛鉤碼時杠桿的平衡位置如下圖（甲）所示。為使杠桿在水平位置平衡，應將杠桿左端螺母向_______邊旋一些（選填“左“或“右”）。

（2）調好后，第一組按上圖（乙）進行實驗，第二組按上圖（丙）進行實驗.你認為第___組實驗更好，理由是_________。

答案：右；二；便于從杠桿上直接讀出力臂

三、分析與論證環節

例3：探究杠桿的平衡條件（1）如下圖7所示，若杠桿在使用前左端低，右端高，要使它在水平位置平衡，應將杠桿右端的螺母向（填“左”或“右”）調節至平衡。杠桿平衡后，在整個實驗過程中，（填“可以”或“不可以”）再旋動兩側的螺母。

（2）下列實驗步驟中：

A.調節杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡。

B.計算每次實驗中F1 l1和F2 l2的大小，根據計算結果得出杠桿的平衡條件。

C.改變鉤碼的個數和位置，重復實驗。

D.記下動力F1、動力臂l1、阻力F2和阻力臂l2的大小，將數據填入表格中。

E.將鉤碼掛在杠桿的支上點兩邊，先改變動力或動力臂的大小，然后調節阻力或阻力臂的大小，使杠桿在水平位置重新平衡。

正確的順序是_________________________。

（3）每個鉤碼重1N，杠桿上每格長度是4cm。下表是某同學記錄的實驗數據。

分析上述數據，可得出的杠桿的平衡條件是：

（4）上圖中，杠桿在水平位置平衡，如果這時在兩側鉤碼下各增加一個相同的鉤碼，杠桿的____________端將下沉。

解析：此題重在對數據的處理與分析得出結論的考查，對于表格類數據的歸納，一般要考慮分析歸納的依據、分析歸納的條件和分析歸納的結論。（1）調節杠桿平衡的方法是“左沉右調，右沉左調”；（2）操作的步驟不難得出是“調平、掛碼、測量、記數、重做、歸納”；（3）通過觀察表格中的物理量和相對應的數據，要學會歸納，找到普遍性的規律，在定量分析數據時，要學會運用“加減乘除”等方式進行分析、歸納，從表格中可以看出給定的物理量有4個，并且是不同物理量，因此采取乘除的方式歸納，即分別計算出每組動力×動力臂和阻力×阻力臂，經過比較每一組的動力和動力臂乘積與阻力和阻力臂的乘積都相等不難得出結論為：F1 l1= F2 l2 ； （4）杠桿是否平衡或者向哪邊下沉，取決于力和力臂乘積的大小，看圖可知左力臂長，因此增加的力和力臂乘積大，因此向左端下沉。

答案：右；不可以；（2）AEDCB； （3）F1 l1= F2 l2； （4）左。

點評：在分析與論證時，如何處理數據、現象等問題是關鍵，對測量并記錄的真實、準確、全面的數據進行分析處理是尋找物理規律、獲取實驗結論的重要途徑。對于數據表格類的，要將收集到的數據通過加、減、乘、除等運算得出物理量之間的數量的關系，也要注意控制變量法的思想進行科學的敘述和總結。

四、實驗糾錯環節

例4：在我市物理實驗操作考試中，考評教師針對“探究杠桿平衡條件的實驗”，記錄了甲、乙同學的操作過程(如下頁表)，他們的實驗步驟中均因為存在錯誤而失分。請你指出錯誤的步驟，并說明失分原因。

甲同學：錯誤步驟________(填序號)；失分原因________________________________。

乙同學：錯誤步驟_______ (填序號)；失分原因________________________________。

解析：對于杠桿平衡實驗中，開始通過調節平衡螺母使杠桿平衡，然后加掛鉤碼后，就不能再通過平衡螺母的調節來使杠桿平衡，因為這相當于在杠桿上又多改變了其他物理量。乙同學操作中，兩次平衡的位置不同，不符控制變量的思想，開始和結束都應該在水平位置平衡。

答案：甲：2；靠調節平衡螺母使杠桿恢復平衡。

乙：1；實驗初始，沒有調節杠桿在水平位置平衡。

點評：糾錯類這類問題很多，從實驗操作方面、實驗器材的選取方面、從數據的處理方面等進行糾錯、找缺點然后改進，對待這些問題，要理解和掌握所學的知識，比如天平的使用方法和注意事項等，這樣才能從容應對這類問題。

練習1：在科學研究中，實驗設計的嚴密性和操作的規范性都是確保獲得正確結論的前提。

如圖8所示，在 “研究杠桿平衡條件”的實驗中，每個鉤碼重0.5N，彈簧測力計拉著杠桿并使之在水平位置平衡。讀數并計算后發現結果與平衡條件不符。該實驗操作的不規范之處是__________。

答案：彈簧秤沒有沿豎直方向拉（彈簧秤沒有與杠桿垂直）

練習2：在探究“杠桿平衡條件”的實驗中：

（1）某同學將杠桿懸掛起來，發現杠桿的右端低，左端高，他應該將杠桿兩端的平衡螺母向________________調節，使杠桿在__________________位置平衡。

（2）在杠桿兩端掛鉤碼，不斷改變動力或動力臂的大小，調節阻力或阻力臂的大小，使杠桿在原來的位置重新平衡，記錄數據如下表：

根據表中的數據你得出杠桿的平衡條件是：___________________________________。

（3）根據第2次實驗數據有同學得出杠桿的平衡條件是：動力＋動力臂＝阻力＋阻力臂。他得出此錯誤結論的原因是：___________________________________。

參考答案：

（1）左，水平位置；（2）F1L1=F2L2（動力×動力臂=阻力×阻力臂）；（3）將不同的物理量進行了加法運算

五、設計實驗環節

例5：用細線拴住一端粗、一端細的實心胡蘿卜并懸掛起來，靜止后胡蘿卜的軸線水平，如下圖9所示；在拴線處沿豎直方向將胡蘿卜切成A、B兩段．A、B哪段重些呢？甲、乙、丙三個同學提出各自的猜想：

甲： A較重；

乙： B較重；

丙： A、B一樣重．

（1）請設計一個簡易實驗，判斷A、B的輕重．

所用器材：___________________________________

操作方法：___________________________________

現象及結論：___________________________________

（2）為進一步研究類似A、B輕重的問題，某同學在一根有等間距刻度的均勻杠桿兩側掛上每個質量都相等的鉤碼進行實驗.杠桿靜止于水平狀態的三次實驗情境如圖10所示。

①根據上圖10的實驗，可以判斷_______同學的猜想是正確的（填“甲”、“乙”或“丙”）。

②根據上圖10的實驗，該同學得出結論：

只要滿足“阻力×阻力作用點到支點的距離=動力×動力作用點到支點的距離”，杠桿就能平衡。

a．這個結論是否正確？

b．用上圖11所示的裝置，怎樣通過實驗來說明該結論是否正確．

解析：（1）由于比較質量，所以可以直接利用天平進行測量比較。（2）根據力臂越短力越大，可知重端長度短，故甲猜想正確。只是通過杠桿水平位置和鉤碼的重力來研究杠桿平衡條件具有特殊性，不具有普遍性，應該改變力的方向進行多次實驗才能獲得普遍性規律，設計實驗重在利用彈簧測力計來改變方向進行驗證結論的正確性。

答案：（1）天平；將天平調節平衡，把A、B兩段蘿卜分別放入天平的左右兩盤中；天平的指針向哪邊偏轉，哪段蘿卜就重（2）甲。

a.不正確。

b.1.將彈簧測力計斜向右（或斜向左）拉，保持杠桿水平平衡。

2.讀出動力：測力計的示數Ｆ１；量出動力作用點到支點的距離l1。

3. 用測力計測出三個鉤碼的重力即阻力大?。疲?，量出阻力作用點到支點的距離l2 。

４.計算Ｆ１×l1的值與Ｆ２×l2的值，再進行比較，可以得出上述結論不正確。

點評：設計實驗是對猜想和假設的問題進行檢驗方法的具體化，在設計的方案過程中，必須按照猜想的路線進行探究，設計實驗應具備的原則：科學性、安全性、精確性、可操作性。

練習：同學們利用右上圖13裝置驗證“杠桿的平衡條件”，實驗中記錄的數據如下：

（1）寫出分析處理實驗數據的具體過程及驗證的結果。

（2）杠桿在生活中有很多應用。如上圖14所示，現欲使靜止的蹺蹺板發生轉動，可采取的做法是_______，并說出能驅使蹺蹺板發生轉動的條件_______。

綜合練習：小強在驗證杠桿平衡條件的實驗中：

（1）實驗前沒有掛鉤碼和彈簧測力計時，發現杠桿左端高右端低，要使其在水平位置平衡，應將杠桿左端的平衡螺母向_______調節，這一調節過程的目的是為了使杠桿的 對杠桿平衡不產生影響，這時杠桿重力的力臂為 _______。

（2）在下圖15中，杠桿水平平衡后，小強調節左邊鉤碼的個數和位置，使杠桿水平平衡時，測出F1=1.2N，F2=1.5N；OA=30cm，OB=20cm。他將所得數據直接代入杠桿平衡條件的公式中，發現F1×OA和F2×OB并不相等，從而認為杠桿的平衡條件不一定是F1 l1= F2 l2。小強的失誤是_______.

（3）在下圖15中，若B處的鉤碼不變，小強將彈簧測力計由A處移到C（OC=10cm）處，施加一個豎直方向的力，使杠桿在水平位置平衡，則這個力的方向應_______，大小為_______N。

（4）在上圖15中，若B處的鉤碼不變，小強不用彈簧測力計，在A處掛_______N的鉤碼，杠桿在水平位置仍然平衡。

參考答案：（1）左（外） ，重力，0。

（2）把OA 當成了F1 的力臂（或：把F1的力臂弄錯了）。

（3）豎直向上，3。

（4） 1。

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編輯/張燁