專題09 杠桿平衡實(shí)驗(yàn)（原卷版）

專題09杠桿平衡實(shí)驗(yàn)【知識(shí)儲(chǔ)備】杠桿的平衡：杠桿處于靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)都叫杠桿的平衡；探究杠桿的平衡條件：實(shí)驗(yàn)前調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母（向高處調(diào)節(jié)），使杠桿在水平位置平衡，目的是消除杠桿重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響；在杠桿一邊掛上鉤碼，在另一邊掛上鉤碼（或者用彈簧測(cè)力計(jì)豎直拉杠桿），使杠桿在水平位置平衡，目的是便于測(cè)量力臂；進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)的目的是得出普遍規(guī)律，防止結(jié)論的偶然性。杠桿的平衡條件：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂；公式：F1L1=F2L2或F1/F2=L2/L1?！緦ｎ}突破】1．某小組在“探究杠桿的平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)行了如下操作：（1）使杠桿在水平位置平衡，這樣調(diào)節(jié)的目的是消除杠桿自身重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，并便于實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)量。（2）如圖乙，此時(shí)杠桿處于平衡狀態(tài)，如果在杠桿兩端鉤碼下方再各掛一個(gè)相同的鉤碼，杠桿將（選填“保持平衡”、“順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)”或“逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)”）；（3）如圖丙是一個(gè)加寬的杠桿裝置，此時(shí)杠桿處于平衡狀態(tài)，若只將左側(cè)的鉤碼改掛到A點(diǎn)正上方的B點(diǎn)，力臂是線段（選填“OA”、“OB”或“AB”）。2．小明利用如圖所示裝置探究杠桿的平衡條件。（1）若實(shí)驗(yàn)前杠桿靜止如圖甲所示，此時(shí)杠桿處于（選填“平衡狀態(tài)”或“不平衡狀態(tài)”），可將杠桿兩端的平衡螺母向（填“左”或“右”）調(diào)節(jié)，使杠桿在水平位置平衡。（2）在杠桿兩端加掛鉤碼，并移動(dòng)鉤碼，使杠桿在水平位置平衡，測(cè)出力臂，多次實(shí)驗(yàn)并把數(shù)據(jù)記錄在表格中。小明根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出杠桿平衡條是：。次數(shù)F1/NL1/cmF2/NL2/cm11102522101203215310（3）杠桿調(diào)節(jié)平衡后，小紅在杠桿.上的A點(diǎn)處掛4個(gè)鉤碼，如圖乙所示，為使杠桿在水平位置重新平衡，應(yīng)在B點(diǎn)掛個(gè)鉤碼。如果將B處的鉤碼換成彈簧測(cè)力計(jì)，那么手對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力（選填“大于”“等于”或“小于”）六個(gè)鉤碼的重力。（4）當(dāng)杠桿平衡后，將A點(diǎn)和B點(diǎn)下方所掛的鉤碼同時(shí)向支點(diǎn)O靠近移一格，杠桿（填“左側(cè)下降”“右側(cè)下降”或“仍水平平衡”）。（5）如圖丙所示，用彈簧測(cè)力計(jì)在C處豎直向上拉，使杠桿在水平位置平衡，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)在原位置逐漸向左傾斜時(shí)，使杠桿仍然在水平位置平衡，則彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)將（填“變大”“變小”或“不變”）。3．圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以探究杠桿受兩個(gè)阻力（F2、F3）時(shí)的平衡條件。在已調(diào)節(jié)好的杠桿兩端掛上不同數(shù)量的鉤碼，并適當(dāng)移動(dòng)鉤碼的位置，使杠桿水平平衡，記下鉤碼的數(shù)量和位置。通過改變鉤碼的數(shù)量和位置，按照同樣的方法再做兩次，將實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)填在下表。表中數(shù)據(jù)是以一個(gè)鉤碼的重力為力的單位，以杠桿的每小格為長度的單位。（1）分析表中的數(shù)據(jù)，可得杠桿的平衡條件是。（填寫關(guān)系式）（2）在農(nóng)村還廣泛使用的桿秤就利用了上述原理。圖2是一根桿秤的示意圖。小云設(shè)計(jì)了如下測(cè)量秤砣質(zhì)量M的實(shí)驗(yàn)方案，請(qǐng)你將②、④兩步補(bǔ)充完整。①用刻度尺測(cè)量桿秤上的主要刻度的示數(shù)m到提扭O的距離x，并作出m﹣x關(guān)系圖象，如圖3所示。②用刻度尺測(cè)量掛鉤到的距離L；③在m﹣x關(guān)系圖象中任意讀取兩組數(shù)據(jù)x1、m1和x2、m2；④設(shè)桿秤自重G0，重心到提扭的距離L0，據(jù)杠桿平衡條件Mgx1＝+G0L0以及＝m2gL+G0L0兩式相減得M＝（要求用L、x1、x2、m1、m2表示）。實(shí)驗(yàn)次數(shù)動(dòng)力F1動(dòng)力臂I1阻力F2阻力臂I2阻力F3阻力臂I31151122226122533715444．在探究“杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中，所用的器材有：每格長度等距的杠桿、支架、彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺、細(xì)線、每個(gè)重力都為0.5N的鉤碼若干個(gè)。（1）實(shí)驗(yàn)前將杠桿中點(diǎn)置于支架上，然后調(diào)節(jié)平衡螺母，使杠桿在水平位置靜止，這樣做目的是：和對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響；（2）如甲圖所示，杠桿處于平衡狀態(tài)。若從杠桿的兩側(cè)同時(shí)減掉一個(gè)鉤碼，那么發(fā)現(xiàn)杠桿的（選填“右”或“左”）端下沉；（3）在乙圖中，將彈簧測(cè)力計(jì)由豎直方向旋轉(zhuǎn)至沿虛線方向，如果要繼續(xù)保持杠桿在水平方向靜止，測(cè)力計(jì)的示數(shù)要（選填“變小”、“不變”或“變大”）；（4）如圖丙所示，在杠桿右側(cè)掛4個(gè)鉤碼，每個(gè)鉤碼的質(zhì)量為50g，為了便于在杠桿上直接讀出力臂的大小，在左側(cè)沿豎直向方向拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，直至杠桿在位置平衡。并將數(shù)據(jù)記錄在表格中，表中F1大小為彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)，F(xiàn)2大小為鉤碼的重力，l1、l2分別為F1、F2對(duì)應(yīng)的力臂；（5）接下來，又進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，將數(shù)據(jù)填在表中，最后總結(jié)得出規(guī)律。每次實(shí)驗(yàn)總是在前一次基礎(chǔ)上改變F2、l1、l2中的一個(gè)量，觀察F1。小華分析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，第次實(shí)驗(yàn)與前一次改變的量相同，需要調(diào)整。序號(hào)F1/Nl1/cmF2/Nl2/cm14152302815430343043043404305．圖甲所示的桿秤是中華民族測(cè)量質(zhì)量的基本量具，為體驗(yàn)桿秤的制作過程，小明和爸爸找來了一根一端粗一端細(xì)的圓木、200g的鉤碼、100g和500g的物體各一個(gè)、鐵絲鉤、細(xì)繩、鉆孔器、刻度尺、圓規(guī)等器材，以下是他們制作的過程：（1）小明根據(jù)圖甲的構(gòu)造示意圖，判斷桿秤屬于（簡單機(jī)械名稱），爸爸將秤鉤（鐵絲鉤）安裝在靠近粗端的A點(diǎn)處，如圖乙所示；（2）他們?cè)贏點(diǎn)左側(cè)的適當(dāng)位置鉆了兩個(gè)小孔B、C，用細(xì)繩作為秤紐；推測(cè)：（B/C）處秤紐制成桿秤的量程較大；（3）確定“0”刻度時(shí)，他們用200g的鉤碼當(dāng)作秤砣，在秤鉤上（掛上/不掛）物體，提起秤紐B，移動(dòng)秤砣直到桿秤水平，在秤桿的朝上面標(biāo)注出刻度線（圖乙中O點(diǎn)）；在秤鉤處掛上500g的物體，緩慢向細(xì)端移動(dòng)秤砣，直到秤桿再次水平，標(biāo)注出秤砣所在位置為D（圖中未標(biāo)出）；（4）小明用圓規(guī)從D點(diǎn)開始，以（OD/BD）長度向細(xì)端方向依次截取點(diǎn)位E、F、G、H、I、J、K、L、M（圖中均未標(biāo)出），直到接近細(xì)端的M點(diǎn)為止；接著，又將每相鄰兩點(diǎn)間等分為5格，給每個(gè)點(diǎn)位都涂上顏料作為秤星（質(zhì)量刻度）。以B為秤紐的最大測(cè)量值是kg，分度值是g；（5）按照前面的方法，小明用100g的物體完成C處秤紐的秤星標(biāo)注，請(qǐng)你判斷該桿秤制作成功后，C處秤紐的“0”刻度線（在/不在）“O”處，最后，他們利用已知質(zhì)量的物體對(duì)制作好的桿秤進(jìn)行了校準(zhǔn)檢驗(yàn)，并提出具體的改進(jìn)方案。6．在“探究輕質(zhì)杠桿的動(dòng)力與動(dòng)力臂的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中：（1）實(shí)驗(yàn)中將杠桿調(diào)節(jié)到水平位置平衡，這樣做的目的是；（2）調(diào)節(jié)好的杠桿如圖甲，在杠桿A點(diǎn)掛3個(gè)相同的鉤碼，每個(gè)鉤碼重0.5N，用彈簧測(cè)力計(jì)在B位置豎直向下拉杠桿，保持杠桿在水平位置平衡，彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)為N；（3）保持A點(diǎn)鉤碼數(shù)量不變，杠桿在水平位置平衡時(shí)，測(cè)出多組動(dòng)力F1和動(dòng)力臂l1的數(shù)據(jù)，繪制了F1﹣l1的關(guān)系圖像，如圖乙。請(qǐng)根據(jù)圖線推算，當(dāng)l1為8cm時(shí)，F(xiàn)1為N；（4）如圖丙，工人在使用扳手時(shí)，在扳手手柄上加了一個(gè)長套筒，通過實(shí)驗(yàn)，小東明白這是通過的辦法省力，圖中工人在C處沿不同方向施力均能把螺絲擰起，則FaFb。7．小科在學(xué)習(xí)杠桿力臂的時(shí)候，對(duì)力臂的定義為什么是支點(diǎn)到力的作用線的距離而不是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離產(chǎn)生了疑惑。于是，他設(shè)計(jì)了一個(gè)輕質(zhì)杠桿探究以上問題，杠桿的支點(diǎn)O在上方，三段硬棒的長度相等（如圖所示），實(shí)驗(yàn)步驟如下：步驟1：用彈簧測(cè)力計(jì)在豎直方向用力，使杠桿在水平位置平衡（如圖甲所示），記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F1。步驟2：保持拉力作用點(diǎn)不變，改變拉力的方向，仍讓杠桿在水平位置平衡（如圖乙所示），記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F2。步驟3：保持拉力的方向不變，將杠桿下端的硬棒向上移動(dòng)至A、B、C處，仍讓杠桿在水平位置平衡（如圖丙所示），記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)分別為FA、FB、FC。請(qǐng)回答下列問題：（1）根據(jù)圖象可知F1＝N，F(xiàn)2＝N。（2）請(qǐng)根據(jù)F1和F2的數(shù)值比較說明：力臂的定義到底是支點(diǎn)到力的作用線的距離還是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離？并說明理由：。（3）比較F1和FA、FB、FC的數(shù)量關(guān)系，若發(fā)現(xiàn)，則能進(jìn)一步支持以上結(jié)論。（4）杠桿的平衡條件為（用字母表示）。8．密度是物質(zhì)的重要屬性，生產(chǎn)、生活中常常需要測(cè)量各種液體的密度．某同學(xué)在綜合實(shí)踐活動(dòng)中自制了測(cè)量液體密度的杠桿密度計(jì)，可以從杠桿上的刻度直接讀出液體密度的數(shù)值，受到了老師的肯定和表揚(yáng)，結(jié)構(gòu)如圖所示．所用器材：輕質(zhì)杠桿（自身重力忽略不計(jì)）、兩種規(guī)格的空桶（100mL和200mL）、質(zhì)量為m的物體A、細(xì)線．設(shè)計(jì)過程如下：（1）將杠桿在O點(diǎn)懸掛起來，空桶懸掛在B點(diǎn)，質(zhì)量為m的物體A懸掛在C點(diǎn)時(shí)，杠桿水平平衡．測(cè)出B點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為L，C點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為L0，此時(shí)C點(diǎn)的密度刻度線應(yīng)標(biāo)注為．（2）在B點(diǎn)的空桶內(nèi)注滿液體，空桶容積為V，移動(dòng)物體A至C1位置，使杠桿在水平位置平衡，C1點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為L1，此時(shí)C1點(diǎn)的密度值為（用題中所給的字母表示）．（3）已知密度為0.8×103kg/m3刻度線與零刻度線之間的距離為3.2cm，則密度為1.0×103kg/m3刻度線與零刻度線之間的距離為cm．（4）要使制作的杠桿密度計(jì)測(cè)量精度更高一些，應(yīng)選擇規(guī)格的空桶（選填“100mL”或“200mL”）．9．在探究“杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中，研究小組的同學(xué)準(zhǔn)備了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材，其中包括已校準(zhǔn)的彈簧測(cè)力計(jì)以及若干個(gè)完全相同的鉤碼。（1）實(shí)驗(yàn)前，將杠桿安裝到支架上，靜止時(shí)如圖甲所示，此時(shí)應(yīng)將杠桿的平衡螺母B向（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)。（2）杠桿上每格均勻等距，若在C位置懸掛4個(gè)鉤碼，每個(gè)鉤碼重0.5N，如圖乙所示，則在D處的彈簧測(cè)力計(jì)拉力為N可使杠桿在水平位置保持平衡。接下來，小明保持圖乙中鉤碼位置不變，不斷改變彈簧測(cè)力計(jì)的作用點(diǎn)使杠桿在水平位置平衡，得到彈簧測(cè)力計(jì)拉力F與其力臂L的關(guān)系圖像如圖丙所示。由圖像得每次描出的點(diǎn)與兩坐標(biāo)軸圍成的方形面積（如圖丙中陰影部分所示）（選填“相等”或“不相等”），由此可知使杠桿平衡的條件是。（3）如圖丁所示，小華在杠桿上的E點(diǎn)懸掛3個(gè)鉤碼，將彈簧測(cè)力計(jì)倒置后，在杠桿的F點(diǎn)豎直向下拉使杠桿水平平衡，此過程中并未對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)再次調(diào)零，你認(rèn)為這會(huì)使彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)（選填“偏大”或“偏小”），原因是。10．小華利用一根木筷、物體M、托盤和燒杯自制簡易密度秤，主要步驟如下：（a）將燒杯放入托盤中，改變物體M位置至B，使木筷在水平位置靜止；（b）在燒杯內(nèi)注入體積為V0的水，改變物體M的位置至C，使木筷在水平位置再次靜止，在C點(diǎn)標(biāo)注水的