探究杠桿的平衡條件

實驗要點

1. 實驗裝置如圖1所示，首先需要了解杠桿的平衡狀態：靜止或勻速轉動狀態。如圖2所示的杠桿靜止在此位置，此時杠桿仍處于平衡狀態。

2.在此實驗中，將杠桿的支點位于中心位置，這樣可使杠桿自身重力的作用線經過支點，即重力的力臂為零，可避免杠桿自重對實驗結果產生影響，同時讓杠桿處于水平位置的平衡狀態。這樣做的目的：（1）避免杠桿的自重對實驗結果產生影響；（2）便于測量力臂。

3.調節杠桿在水平位置平衡的方法：將平衡螺母往杠桿高的那一側調。無論平衡螺母在杠桿的左側還是右側都遵循“杠桿哪邊高，平衡螺母就往哪邊調”的規則。

4.使本實驗更具有普遍性的操作：

（1）方法一：分別讓l1 gt; l2，l1" =" l2，l1 lt; l2，進行多次實驗。

（2）方法二：每次實驗都在上一次實驗的基礎上，只改變F2、l1、l2中的一個量，觀察F1的變化。即首先只改變F2，保持l1、l2不變；然后只改變l1，保持F2、l2不變；最后只改變l2，保持F2、l1不變，這樣就能探究到每一個變量。

（3）方法三：彈簧測力計不僅僅只局限于與鉤碼在異側做實驗，也可與鉤碼在同側進行實驗，但此時彈簧測力計需豎直向上拉。

5.實驗拓展：本實驗也可斜拉彈簧測力計進行探究。通過斜拉的操作，感受力的變化，動力變大了是由于斜拉使動力臂變小了導致的。如圖3所示作出的斜拉的力臂圖，力臂是支點到力的作用線的距離，而不是支點到力的作用點的距離，防止得出“動力 × 支點到動力作用點的距離 = 阻力 × 支點到阻力作用點的距離”這樣的錯誤結論。

能力提升

如圖4所示，同學們在做“探究杠桿的平衡條件”實驗。

（1）實驗前，杠桿在圖甲所示的位置靜止，此時杠桿處于 （選填“平衡”或“非平衡”）狀態；應該將平衡螺母向 （選填“左”或“右”）調節。

（2）實驗中，在杠桿的兩側加掛鉤碼，并移動鉤碼的位置，使杠桿始終在水平位置平衡，這樣做的目的是便于測量 的大小；進行多次實驗的數據記錄在表格中，多次實驗的目的是 ；小明根據表1所測數據得出杠桿平衡的條件是：" " " " " " " " " " " " " " " " " ""。

（3）如圖乙所示，保持杠桿水平位置平衡，測力計從a位置轉到b位置，其示數大小將 （選填“變大”“變小”或“不變”）；當測力計轉到b位置，此時杠桿恰為 （選填“省力”“費力”或“等臂”）杠桿。

（4）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，杠桿平衡條件是否仍然成立？”于是小明利用如圖丙所示裝置進行探究，發現在杠桿左端的不同位置，用彈簧測力計豎直向上拉，使杠桿在水平位置處于平衡時，測出的拉力大小與杠桿平衡條件不相符。其原因是 對實驗的影響。

（5）實驗中，用如圖丁所示的方式懸掛鉤碼，杠桿也能在水平位置平衡（杠桿上每小格長度相等），但老師提醒大家不要采用這種方式，主要是因為這種方式

（填字母）。

A. 一個人無法獨立操作" " " B. 需要使用太多的鉤碼

C. 力臂與杠桿不重合" " " " D. 力和力臂數目過多

（6）小飛準備每組實驗在上一次實驗的基礎上依次改變F2、l1和l2中的一個量，由此測得杠桿平衡時所需要的拉力F1，來尋找F1、F2、l1和l2四個物理量之間的關系，表2是他得到的實驗數據。

在這4組實驗數據中，第 組與之前的實驗改變的是同一個物理量。

那么他應該如何進行此次實驗：" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "。

答案：（１）平衡 右 （2）力臂 避免實驗的偶然性，使結論具有普遍規律 F1l1 = F2l2 （3）變小 等臂 （4）杠桿自重 （5）D （6）4 保持F2和l1不變，只改變l2

綜合實踐

桿秤是一種稱量質量的常用工具，小明找到一把帶有秤砣的桿秤，向爺爺請教了桿秤的幾個部件名稱（如圖5所示），初步掌握了使用方法并進行了嘗試：不掛重物，提住秤紐，當秤砣移動至定盤星處時，秤桿恰能處于平衡狀態；將被稱重物掛在秤鉤上，移動秤砣懸線位置直至秤桿平衡，通過桿身刻度直接讀出重物質量。

（1）分析可知，桿秤屬于 這種簡單機械，它主要利用了 這一物理原理來工作。

（2）小明發現系秤砣的繩子較長且有一段磨損嚴重，他把這部分剪去，將剩余部分繩子接好掛在秤桿上使用，這會導致測量的結果 （選填“偏大”“不變”“偏小”）。

（3）小明找來一把刻度尺，想不借助其他器材測量出秤砣的質量，請幫他寫出必要的測量步驟，并用所測得的物理量符號表示出秤砣質量的表達式。

①必要的步驟：" " " " " " " " " " " " " " " " "" 。

②秤砣質量的表達式： " " " " " " " " " " " " " " " 。

（4）小明發現市面上多數桿秤有兩個秤紐及兩個量程（如圖6所示），使用秤紐 （選填“A”或“B”）時的量程較大。

答案：（1）杠桿" "杠桿的平衡條件（或杠桿原理） （2）偏大 （3）①在秤鉤上掛一個重物；調節秤砣，使秤桿平衡；讀出桿身刻度示數為m；測出秤紐到秤鉤所在直線的距離l1，測出秤紐到秤砣所在直線的距離l2 ②m秤砣 [=ml2l1] （4）B

（作者單位：江蘇省阜寧縣明達初級中學）