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12探究杠杆平衡条件

发布时间:2013-12-16 14:43:30  

实验十二 探究杠杆平衡条件

一、实验介绍

考纲要求:学会探究杠杆平衡的条件。先猜想杠杆要处于平衡状态需具备什么条件,然后利用钩码或弹簧测力计使杠杆在两个力的作用下处于水平位置平衡,并多次改变作用力的大小和方向,学会记录数据,能对实验数据进行分析、比较,最后归纳得出结论。

实验目的:探究杠杆平衡的条件

实验器材:带有刻度的杠杆、铁架台、弹簧测力计、钩码、线

(一)设计方案

1.各小组利用弹簧测力计或钩码使杠杆按右图所示平衡。

2.各小组交流做法。

3.讨论:要使杠杆平衡,用力的方向有什么规律?

4.试根据上述活动(或玩跷跷板的经验)猜想并交流:决

定杠杆平衡条件的因素可能有哪些?

(二)实验要求

实验器材:带有刻度的杠杆、铁架台、测力计、钩码、线

实验步骤:

1.把杠杆的中点支在铁架台上,调节杠杆两端的平衡螺母,

使杠杆在水平位置上平衡(如图)。

2.用线系着钩码,分别挂在杠杆的两侧,改变钩码的个数

或在杠杆上的位置,使杠杆在水平位置平衡。

把支点右侧的钩码作用在杠杆上的力(数值上等于钩码所

受重力)当作动力F1,把支点左侧的钩码作用在杠杆上的力作

为阻力F2。记下动力F1、阻力F2、动力臂l1、阻力臂l2的数值。

5.把钩码系着挂在杠杆上,在同侧用弹簧测力计竖直向上拉着

杠杆(如右图),改变钩码个数或测力计拉杠杆的位置,使杠杆在

水平位置上仍保持平衡。把弹簧测力计挂钩对杠杆的拉力当作动力

F1,钩码作用在杠杆上的力当作阻力F2,改变力和力臂的大小再做

一次实验,两次实验数据均记录到下表。

6.总结上述实验初步得出杠杆平衡条件:

(三)进一步探究

1.探究省力杠杆的特点?

实验器材:带有刻度的杠杆、铁架台、钩码

实验步骤:(1)如图所示,将杠杆装在支架的适当位置上,并使杠杆在水平位置平衡。

(2)在支点左方挂两个钩码作阻力,在支点右方仅挂一个钩码作动力,就能使杠杆平衡,

此时阻力臂是两个单位距离,动力臂是四个单位距离,它们的长度之比为1:2,阻力与动力之比为2∶1,这样的杠杆可以省一半的力。

(3)改变挂在杠杆上的钩码个数及位置,重复实验。

分析与讨论:动力臂越长,阻力臂越短,就越省力。

2.探究当弹簧测力计不在竖直向上方向拉杠杆时测力计示数的变化。

实验器材:带有刻度的杠杆、铁架台、钩码、弹簧测力计

实验步骤:(1)如图所示,保持钩码的个数及其在杠杆上的

位置不变,沿不同方向拉弹簧测力计,使杠杆仍处于平衡,观

物理思想:

(1)实验需要进行多次测量得到普遍规律。

(2)使用弹簧测力计的优点:

①由于钩码的重力为0.5牛,因此使用钩码只能够得到0.5牛的整数倍的力,而使用弹簧测力计就可以得到测量范围内任何力的大小。

②使用钩码只能够得到竖直向下的力,方向是不能改变的,而使用弹簧测力计可以改变用力方向。

③使用钩码时,动力和阻力必定位于支点的异侧,使用弹簧测力计既能够使动力和阻力位于支点的异侧,也能使动力和阻力位于支点的同侧。

问题思考:

(1)为什么要使杠杆在水平位置平衡?

当杠杆水平位置平衡时,力臂和杠杆恰好重合,就能够直接在杠杆上读出力臂的大小。

(2)为什么支点在杠杆的中间?

实际情况下,杠杆的重力是不能忽略不计的,因此有可能会影响到杠杆的平衡。当支点作用在杠杆中间,也就是重心位置时,杠杆的重力所在的直线恰好经过支点,因此不会对杠杆的转动效果起到影响。

二、考情分析

1.(2008年上海中考)在“研究杠杆平衡的条件”实验中,先把杠杆支在支架上,通过调节____________,使杠杆在水平位置平衡。当左侧钩码处于如图所示A位置时,应将右

侧的钩码向________移动(选填“左”或“右”),可使杠杆在水平位置平衡。

第1题图

【出题背景】

本题主要考察研究杠杆平衡条件的实验。在初中物理中,处理物体受力平衡外,还有就是杠杆平衡。利用支架上带有刻度的杠杆可以研究使杠杆平衡的条件,为了消除杠杆自身所受重力对实验的影响,并能在杠杆上直接读出力臂的值,在杠杆中总是使杠杆在水平位置平衡。

【解题思路】

在实验过程中,要使杠杆两次在水平位置保持平衡:第一次是调节平衡螺母;第二次是改变钩码的个数或移动钩码在杠杆上的位置。平衡螺母的调节方向和钩码移动的方向总是向杠杆翘起的一端调节,要改变钩码的个数,也应减去下沉端的钩码或增加翘起端的钩码。

2.(2010年上海中考)在“探究杠杆平衡的条件”实验中,为便于直接从杠杆上读出__________的数值,应使杠杆在__________位置保持平衡。

【出题背景】

本题考查对探究杠杆平衡条件实验的基本认识。

【解题思路】

在“探究杠杆平衡条件”实验中,必须使杠杆在水平位置平衡。这是因为只有这样才能便于在杠杆上直接读出力臂的数值。

3.(2011年上海中考)在“探究杠杆的平衡的条件”实验中.为得出实验绪论,需多次改变杠杆受到的作用力_________、方向和作用点,使杠杆适中在_________位置保持平衡。

【出题背景】

本题考查对探究杠杆平衡条件实验的基本操作过程

【解题思路】

在“探究杠杆平衡条件”实验中,为能通过有效实验探索出具有一般意义的普遍规律,必须要多次实验,即多次改变钩码的个数或在杠杆上的位置,使杠杆水平平衡。

三、立即冲刺

基础题

1.(1)做“研究杠杆平衡的条件”实验时,所用的器材有带刻度的杠杆、铁架台、钩码、线(弹簧夹)和__________等。实验前,首先把杠杆的中点支在支架上,调节________________,使杠杆在水平位置平衡。实验中需要测定的物理量________、________、________、________,实验的结论是________________。在图甲中,每一个钩码质量均相向,杠杆已平衡,如在支点左侧的钩码下加挂一个相同的钩码,支点右侧的钩码一起向右移一格,则这时杠杆__________平衡(选填“能”或“不能”)。

(2)如图乙所示实验装置中,杠杆恰好平衡。图中钩码质量都相等,那么下列情况中能使杠杆保持平衡的是( )

A.各减少一只钩码 B.各向内移动一格

C.各减少一半数量的钩码 D.各向外移动一格

(3)在图丙中,挂在B点的两只相同的砝码重力均为0.5牛。当弹簧秤在A点沿竖直向

上的a方向拉时,杠杆平衡。这时弹簧秤的示数Fa=________牛。若弹簧秤沿斜向上的b方向拉时杠杆仍然平衡,则弹簧秤的示数Fb__________Fa(选填“大于”、“小于”或“等于”)。

第1题图

第2题图

2.根据“探究杠杆平衡的条件”实验要求,完成下列各题:

①实验开始时,杠杆的位置如图所示。某同学欲通过调节杠杆左端的螺母,使杠杆在________位置平衡,则调节时应使左端螺母向________移动,其目的主要是为了________________________________________________________________________。

②挂上钩码后发现杠杆不平衡,则应________________________________________________________________________。

3.在“探究杠杆平衡的条件”实验中,小明设计的实验报告(部分)如下,请完成空格处的内容。

4.根据“探究杠杆平衡的条件”实验要求,完成下列各题:

(1)实验开始时,杠杆的位置如图(a)所示。小李同学想要通过调节杠杠右端的螺母,使杠杆在水平位置平衡,则调节时应使右端的螺母向________移动(选填“左”或“右”)。

(a) (b)

第4题图

(2)实验时,要使杠杆在水平位置保持平衡,其目的主要是为了________________________________________________________________________。

(3)如果采用图(b)的方法实验,当弹簧测力计由图甲所示竖直地拉变成图乙所示倾斜地拉,使杠杆在水平位置静止时。

①请在图(b)乙中画出拉力F′的力臂L′。

②弹簧测力计的示数将________(选填“变大”、“不变”或“变小”)。

5.如图19所示的弹簧测力计的测量范围为 牛;所测物体的重力为 牛。在探究杠杆平衡条件的实验中,杠杆开始所处的状态如图20(a)所示,实验前应向 调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡。当挂上钩码后,杠杆所处的状态如图20(b)所示,要使杠杆在水平位置平衡则应将 端的钩码向右移一格。(选填“左”或“右”)

(a)

图19 图

20 (b)

提高题

1.在“研究杠杆平衡条件”实验中:

(1)实验前出现图中甲所示情况,为了使杠杆在水平位置平衡,应将杠杆左端的螺母向________调(选填“左”或“右”)

第1题图

(2)实验过程中出现图乙所示情况,为了使杠杆在水平位置平衡,这时应将右边的钩码向________(选填“左”或“右”)移动________格。

(3)图乙中杠杆水平平衡后,在杠杆左右两边钩码下同时加一个相同的钩码,这时杠杆将__________。(选填“保持水平平衡”、“顺时针转动”或“逆时针转动”)

2.甲乙两个实验小组在探究“杠杆的平衡条件”时,分别得到下面两组数据和结论。

其错误的原因:________________________________________________________________________。

第3题图

3.有一位同学用这个杠杆按照图中那样做探究“杠杆的平衡条件”的实验,调整左边钩码的个数和悬挂位置,使杠杆水平平衡,读出测力计的示数F1,钩码重力F2 ,以及由支点到这两个力的作用点的距离OA、OB。她将所得数据进行计算,发现F1 ·OA和F2 ·OB两者不相等,且F1 ·OA________F2 ·OB(选填“<”、“=”或“>”)请帮助这位同学分析问题所在________________________________________________________________________。

第4题图

4.如图所示,杆秤秤砣的质量为0.1千克,杆秤的质量忽略不计。若杆秤水平静止时,被测物和秤砣到秤纽的距离分别为0.05米、0.2米,则被测物的质量为________千克。若秤砣有缺损时,则杆秤所示的质量值________被测物的真实质量值(选填“小于”、“等于”或“大于”)。

5.在“研究杠杆平衡条件”的实验中:

(1)所用的实验器材有杠杆、支架、刻度尺、细线、________和质量相同的钩码若干。

(2)将杠杆装在支架上,发现杠杆右端下沉,此时应将杠杆的平衡螺母向________(选填“左”或“右”)调,直到杠杆在水平位置平衡为止。

(3)某同学进行正确的实验操作后,得到的数据为F1=5牛,L1=20厘米,F2=2.5牛和L2=40厘米。该同学根据这些数据能否得出探究结论?________。(选填“能”或“不能”)理由是__________________________________________。

6.在“探究杠杆平衡的条件”实验中,小红同学观察到杠杆静止在如图14所示位置,此时杠杆处于________状态(选填“平衡”或“不平衡”)。为了使杠杆在水平位置平衡,她应将平衡螺母向_______调节(选填“左”或“右”)。杠杆在水平位置平衡后,小红在杠杆上分别施加动力、阻力,并使杠杆在水平位置重新平衡,同时将实验数据记录在下表中。小红分析数据后得出结论:杠杆平衡的条件是 动力×动力臂=阻力×阻力臂。请判断,小红分析数据得出结论的过程是_________的(选填“合理”或“不合理”)。

拓展题

1.某同学研究杠杆的使用特点,他先用弹簧测力计直接提三个钩码。然后在杠杆上挂三个相同的钩码,且保持位置不变,他三次用弹簧测力计提着杠杆使杠杆水平静止,研究过程如图所示,请仔细观察图中的操作和测量结果,然后归纳得出初步结论。

第1题图

(1)比较图(a)、(b),可知:________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)比较图中(b)、(c)、(d)可知:________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。 2.小华研究可绕支点转动的硬棒在水平位置平衡时,动力的大小与方向之间的关系。实验过程如图所示,“动力的方向”用拉力F1与水平位置之间的夹角θ表示(已知θ1>θ2>θ3)。请仔细观察图6中的操作和测量结果:

(D) (A) (B)

(1)小华认为图6(A)和(B)实验现象与研究的目标不符,其原因是:

。 (2)分析比较图6(A)和(C)和(D)中动力F1的大小与动力方向之间的关系,

可得到的初步结论:当阻力的大小、方向、作用点都相同时,且

。 3.某小组同学研究动力作用点和阻力作用点分别位于支点两侧的直杠杆的使用特点。他们先用弹簧测力计缓慢提起钩码,如图(a)所示,再分别用已调平衡的直杠杆缓慢提起相同钩码,如图(b)、(c)、(d)所示。请仔细观察图的操作和测量结果,然后归纳得出初步结论。

第3题图

比较图(a)与(c)两图可得:________________________________________________________________________

________________________________________________________________________; ②比较图(b)与(c)与(d)三图可得:________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。 4.某小组探究杠杆平衡条件的实验中发现,当动力臂或阻力臂发生变化时,使杠杆平衡的动力大小就要随之改变,他们为了知道使杠杆平衡的动力大小与两个力臂大小之间的关系,他们在已调水平平衡的杠杆左端悬挂等重的钩码如图18所示,将钩码对杠杆的作用力定为阻力F2,在支点另一侧通过悬挂钩码施加动力F1,调节动力臂l1及阻力臂l2大小使杠杆在水平位置平衡,并将实验数据记录在表一、表二中。

表一 表二

图18

(1)分析比较实验序号1、2与3的数据及相关条件,这是在研究动力的大小与

的关系,分析数据初步归纳得出的结论是: 。

(2)分析比较实验序号 的数据中动力F1与阻力臂L2变化的关系可以归纳得出的初步结论是:使杠杆在水平位置平衡,当阻力和动力臂相同,动力的大小与阻力臂成正比。

(3)小明为了验证第(2)题中的结论,用

以调节好的弹簧测力计代替钩码在支点的左侧对

杠杆施加动力,当杠杆在水平位置平衡时得到的

实验数据如表三,他发现这组实验数据无法验证

上述结论,你认为他的实验中可能存在的问题

是: 。

(4)进一步综合分析比较表一和表二中的数

据及相关条件,可归纳得出初步结论:

(a)分析比较1与4、2与5、3与6的数据可初步归纳得到: ,动力大小相同。

(b)分析比较1、2、3或4、5、6中的数据可初步归纳得到: 。

表三

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