探究杠桿的平衡條件

劉榮剛

探究杠桿的平衡條件屬于探究物理規律的實驗。目的是通過探究杠桿平衡條件，學習分析實驗現象，尋找實驗數據之間的規律。本實驗器材簡單。實驗現象明顯。現結合例題。探究如下。

例 某實驗小組在“探究杠桿的平衡條件”實驗中，所用的實驗器材有杠桿、支架、刻度尺、細線、彈簧測力計、質量相同的鉤碼若干。小組的同學在實驗中進行了如下的操作和思考。請結合相關實驗情景回答下列問題。

1.對于該實驗。請你幫助實驗小組提出一個明確的、可研究的問題。

解析：提出問題是探究的前提。一切探究始于疑問。本題由于較熟悉。可以直接提問：杠桿的平衡與哪些因素有關？或杠桿的平衡條件是什么？

2.請你結合玩蹺蹺板的生活情景。提出合理的猜想。

解析：從玩蹺蹺板的生活情景中知道，杠桿的平衡并不僅取決于物體輕重。還和物體離支點的遠近有關。所以可以提出如下猜想。

猜想1：杠桿平衡時，動力×動力臂=阻力×阻力臂。

猜想2：杠桿平衡時，動力+動力臂=阻力+阻力臂。

3.在設計實驗過程中。小明遇到下列問題。請你協助他解決。

（1）將杠桿裝在支架上，發現杠桿右端下沉，此時應將杠桿的平衡螺母向____調，直到杠桿在水平位置平衡為止。如圖1。

（2）調節杠桿在水平位置平衡，這樣做的好處是____。這時杠桿所受重力的力臂為____。

解析：（1）杠桿的平衡調節與托盤天平的調平方法一樣。平衡螺母要向高的方向調。杠桿右端下沉，左端高，平衡螺母需向左調。（2）杠桿在水平位置平衡時。杠桿所受重力的作用線過支點。力臂為零。可以消除杠桿所受重力對杠桿平衡的影響。不會對實驗產生干擾。另外。杠桿處于水平位置時。動力臂和阻力臂都正好在杠桿上。力的作用點到支點的距離即為動力臂和阻力臂。測量起來比較方便。

4.小明調節杠桿在水平位置平衡后。按圖2所示，通過加鉤碼分別改變F₁、F₂，仍使杠桿在水平位置平衡。并測出對應的l₁和l₂，記錄的實驗數據如表1。得出的杠桿的平衡條件是____。猜想____正確。

解析：把支點左邊鉤碼所受的重力當作動力F₁，支點右邊鉤碼所受的重力當作阻力F₂，量出杠桿平衡時的動力臂l₁和阻力臂l₂，由表1中所列數據可以得出杠桿的平衡條件：動力×動力臂=阻力×阻力臂。猜想1正確。

5.調節杠桿平衡后。小華在圖3甲所示的A位置掛上兩個鉤碼。可在B位置掛上____個鉤碼，使杠桿在水平位置平衡。她改用彈簧測力計在圖3乙所示的B位置斜向下拉，若每個鉤碼重1N，當杠桿在水平位置平衡時，彈簧測力計的示數將____（填“大于”“等于”或“小于”）4N。

解析：設每個鉤碼重為G，杠桿每一格的長度為l，由杠桿的平衡條件可得2G×2l=nG×l，解得n=4，則在杠桿B處應掛4個鉤碼。杠桿才能平衡。改用彈簧測力計斜向下拉。阻力的力臂會變小，則阻力變大，彈簧測力計示數大于4 N。

6.某同學進行正確的實驗操作后。得到的數據為F₁=3 N、l₁=4 cm、F₂=4 N和l₂=3 cm。該同學根據這些數據得出“動力+動力臂：阻力+阻力臂”的探究結論。該結論是____（填“正確”或“錯誤”）的，理由是：____。

解析：在實驗中，改變支點兩側的鉤碼位置和個數，一般要做三次實驗。得到三組實驗數據并進行分析。才能得出結論。只進行一次實驗而獲得的數據具有偶然性，不能反映普遍規律。同時，單位不同的兩個物理量不能直接相加。因此。該結論是錯誤的。

7.杠桿在生活中有很多應用。現欲使如圖4所示的靜止的蹺蹺板發生轉動。右端小女孩可采取的做法是____。

解析：使蹺蹺板轉動，應使右端小女孩的力和力臂的乘積變大。所以應增加右端小女孩的力臂，女孩應向遠離支點的方向移動。

責任編輯 程哲