2023学年中考物理必考25个实验考学练实验15探究杠杆平衡条件的实验含解析.docx

实验十五探究杠杆平衡条件的实验 【探究目的】： 　　杠杆的平衡条件 【实验器材】： 　　杠杆、钩码盒一套、弹簧测力计、细线、刻度尺； 【探究假设】： 　　杠杆的平衡可能与“动力和力臂的乘积”、“阻力和阻力臂的乘积”有关。 【实验步骤】： ①调节杠杆两端的平衡螺母，使横梁平衡。 ②在杠杆的左右两端分别用细线依次悬挂个数不同钩码【每一个钩50g=0.05kg，重为：G=mg=0.05kg×10N/kg=0.5N】，（假设左端砝码的重力产生的拉力为阻力F2，右端钩码的重力产生的拉力为动力F1，）先固定F1大小和动力臂l1的大小，再选择适当的阻力F2，然后移动阻力作用点，改变阻力臂l 2大小，直至杠杆平衡，分别记录下此时动力F1、动力臂l1、阻力F2和阻力臂l 2的数值，并将实验数据记录在表格中。 ③固定F1大小和动力臂l1的大小，改变阻力F2的大小，在移动阻力作用点，改变阻力臂l 2大小，直至杠杆平衡，记录下此时的阻力F2和阻力臂l 2的数值，并填入到实验记录表格中。 ④改变动力F1的大小，保持动力臂l1的大小以及阻力F2大小不变，再改变阻力F2作用点，直至杠杆重新平衡，记录下此时动力F1大小和阻力臂l 2的大小，并填入到实验数据记录表。 ⑤整理实验器材。 【数据记录】：实验数据记录表如下： 动力F1（N） 动力臂l1(cm) 动力×动力臂(NM 阻力F2(N) 阻力臂l2(cm) 阻力×阻力臂(N•m) 步骤2 步骤3 步骤4 【实验结论】：根据实验记录数据，探究结论是：动力×动力臂=阻力×阻力臂公式表示： F1L1=F2L2 思考：在上述探究实验中，为什么每次都要使杠杆在水平位置保持平衡？ 答：可以方便用刻度尺来直接测出实验中杠杆的力臂大小 【考点方向】： 1、实验前杠杆的调节：左高右调，右高左调。平衡后实验过程中不能在调节平衡螺母。 2、将杠杆调成水平平衡的目的是：便于测量力臂 3、选择杠杆终点作为支点的好处：消除杠杆自身重力对实验的影响。 4、将砝码换成测力计的好处是：能直接测出拉力的大小，实验操作方便。 5、将砝码换成测力计的缺点是：测力计本身有重量，对实验有一定的影响，使弹簧测力计的示数变大。 6、如上图，乙图和丙图中，弹簧测力计的示数作怎样变化：由大变小，原因是力臂由小变大。 7、你认为哪个图更合理？答：丁图，实验不受弹簧测力计的重力的影响。 8、使用弹簧测力计代替钩码最终目的是：更能正确认识力臂。 9、多次实验的目的是：避免实验的偶然性，是结论具有普遍规律。 【经典例题】： 【母题】：小红和小明利用如图所示装置探究杠杆的平衡条件． (1)若实验前杠杆静止如图甲所示，此时杠杆处于（选填“平衡状态”或“不平衡状态”），可将杠杆两端的平衡螺母向________(填“左”或“右”)调节，使杠杆在水平位置平衡．目的是. (2)在实验过程中，调节杠杆在水平位置平衡的目的是________________． (3)在杠杆两端加挂钩码，并移动钩码，使杠杆在水平位置平衡，测出力臂，多次实验并把数据记录在表格中． 次序 F1/N l1/cm F2/N l2/cm 1 1 10 2 5 2 2 10 1 20 3 2 15 3 10 小明根据以上数据得出杠杆平衡条件是：____________________________。 (4)杠杆调节平衡后，小红在杠杆上的A点处挂4个钩码，如图乙所示，为使杠杆在水平位置重新平衡，应在B点挂个钩码．如果将B处的钩码换成弹簧测力计，那么手对弹簧测力计的拉力（选填“大于”“等于”“小于”）六个钩码的重力。 (5)当杠杆平衡后，将A点和B点下方所挂的钩码同时向支点O靠近移一格，杠杆____________(填“左侧下降”“右侧下降”或“仍水平平衡”)． (6)如图丙所示，用弹簧测力计在C处竖直向上拉，使杠杆在水平位置平衡，当弹簧测力计在原位置逐渐向左倾斜时，使杠杆仍然在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将________(填“变大”“变小”或“不变”)，原因是。 (7)小明实验时改变钩码的个数和位置进行了多次实验，其目的是________． 【答案】 （1）平衡状态；右；消除杠杆自身重力对实验的影响，水平位置便于直接读出力臂。 （2）便于测量力臂； （3）F1L1=F2L2； （4）6；小于； （5）左侧下降； （6）变大；根据平衡条件，动力臂变小。 （7）避免实验的偶然性，使结论更具普遍性。 【解析】 （1）若实验前杠杆如图甲所示，左端下沉，右端上翘，可将杠杆两端的平衡螺母向右调节，使杠杆在水平位置平衡，目的是消除杠杆自身重力对实验的影响，水平位置便于直接读出力臂。 （2）实验时让横杆AB在水平位置平衡，力臂在杠杆上便于测量力臂大小，杠杆的重心通过支点，可以消除杠杆重对杠杆平衡的影响； （3）分析表格中的数据可得出杠杆平衡的条件是：F1L1=F2L2； （4）设杠杆每个格的长度为L，每个钩码的重力为G，根据杠杆的平衡条件：FALA=FBLB，即4G×3L=FB×2L，解得FB=6G，需挂6个钩码； 如果将B处的钩码换成弹簧测力计，那么由于向下的力，有两个，一是弹簧测力计自身重力，另一个是手对弹簧测力计的拉力。二者之和才等于六个钩码的重力。 （5）根据杠杆的平衡条件：FALA=FBLB，若A、B两点的钩码同时向靠近支点的方向移动一个格，则左侧4G×2L=8GL，右侧6G×L=6GL，因为8GL＞6GL，所以杠杆左端会下降； （6）根据杠杆的平衡条件：FALA=FBLB，阻力和阻力臂在不变的情况下，动力的方向向左倾斜时，动力臂会变小，因此会导致动力变大。 （7）小明实验时改变钩码的个数和位置进行了多次实验，能够避免一组数据的偶然性，多次测量才能得出普遍规律。 练习1：（2023年l苏州）利用杠杆开展相关实验探究： （1）安装好杠杆，将其放到水平位置后松手，发现杠杆沿顺时针方向转动，如图甲所示。则应将平衡螺母向　　（选填“左”或“右”）调节，直到杠杄在水平位置平衡； （2）如图乙所示，在A点挂3个重力均为0.5N的钩码，在B点用弹簧测力计竖直向下拉杠杆，使其在水平位置平衡，弹簧测力计的示数为　N；若在第（1）小题所描述的情形中未调节平衡螺母而直接开展上述实验，弹簧测力计的示数会　　（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）； （3）始终竖直向下拉弹簧测力计，使杠杆从水平位置缓慢转过一定角度，如图丙所示。此过程中，弹簧测力计拉力的力臂　　（选填“变大”、“变小”或“不变”，下同），拉力的大小　　。 【答案】（1）左；（2）2.0；偏小；（3）变小；不变 【解析】（1）安装好杠杆，将其放到水平位置后松手，发现杠杆沿顺时针方向转动，左端上翘，如图甲所示。则应将平衡螺母向左调节，直到杠杄在水平位置平衡； （2）由图可知，根据杠杆平衡条件得：FA×LA＝FB×LB，3×0.5N×4L＝FB×3L，所以FB＝2.0N； 若在第（1）小题所描述的情形中未调节平衡螺母而直接开展上述实验，由于左侧已经存在杠杆的力与力臂的乘积，故弹簧测力计的示数会偏小； （3）图丙使杠杆由水平位置时，根据杠杆平衡条件F1L1＝F2L2得， G×4L＝F2×3L， 则F2＝G； 当转动到图中位置时，设杠杆与水平位置的夹角为α，物体的力臂、弹簧测力计拉力的力臂均变小；则根据杠杆平衡条件F1L1＝F2L2得， G×4L×cosα＝F2′×3L×cosα， 则：F2′＝G； 所以，在此过程中拉力F的大小不变。 练习2：（2023年l聊城）下面是小聪利用刻度均匀的匀质杠杆进行探究“杠杆平衡条件”的实验。 （1）实验前为方便测量力臂，应将杠杆调节到位置平衡，将杠杆的中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆左端下沉，这时应将平衡螺母向（选“左”或“右”）端调节。 （2）调节平衡后，在杠杆B点处挂6个钩码，如图甲所示，则在A点处应挂个同样的钩码，杠杆仍然在水平位置平衡。 （3）图乙是小聪利用弹簧测力计做的某次实验情景，已知杠杆每格长5cm，钩码每个重0.5N，请将弹簧测力计的示数填入下表。 实验序号 动力F1/N 动力臂L1/m 阻力F2/N 阻力臂L2/m 1 ______ 0.15 3.0 0.10 上述实验数据不符合杠杆平衡条件，出现问题的原因是____ 。 【答案】 （1）水平；右；（2） 4 ；（3） 3.8 ；弹簧测力计没有竖直向下拉。 【解析】 （1）实验前为方便测量力臂，应将杠杆调节到水平位置平衡，将杠杆的中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆左端下沉，右端偏高，这时应将平衡螺母向右端调节。 （2）如图甲所示，在杠杆B点处挂6个钩码，设在则在A点处应挂n个同样的钩码，杠杆仍然在水平位置平衡； 设每个钩码重为G，每个小格为L，根据杠杆的平衡条件F动l动=F阻l阻： 6G×2L=nG×3L，故n=4， 即在A点处应挂4个同样的钩码，杠杆仍然在水平位置平衡。 （3）弹簧测力计每一个大格代表1N，每一个小格代表0.2N，示数为3.8N。 弹簧测力计没有竖直向下拉，当弹簧测力计倾斜拉杠杆时，力臂变小，小于动力点到支点的距离，动力臂变小。 练习3：（2023年l德阳）如图所示是探究杠杆平衡条件的几个实验情景： （1）挂钩码前，杠杆在如图甲所示的位置静止，此时杠杆________（选填“达到”或“没有达到”）平衡状态，接下来调节杠杆两端的螺母，使杠杆处于________。 （2）如图乙所示，A点挂有2个质量均为50g的钩码、为了让杠杆在水平位置平衡，应在B点挂________个质量均为50g的钩码。 （3）如图丙所示，现给你一个量程为0～2N的弹簧测力计，若干个50g的钩码，钩码挂在C点处，现使用弹簧测力计和钩码使杠杆在水平位置平衡，则在C点处所挂钩码的最多个数为________个。 【答案】 （1）达到水平位置平衡；（2）3；（3）6 【解析】 （1）杠杆保持静止，此时杠杆处于静止状态，达到平衡； 由图中，杠杆的右端较高，平衡螺母应向右端移动使杠杆在水平位置平衡； （2）设杠杆的一个小格为L，一个钩码重为G， 因为，F1l1＝F2l2，所以，2G×3L＝nG×2L，所以，n＝3，所以在B处挂3个钩码。 （3）为使拉力最小，动力臂要最长，拉力F的方向应该垂直杠杆向上，即竖直向上，动力臂为最长，F作用点在最左端， 根据杠杆的平衡条件，在C点处所挂钩码的最多个数： nG×4L＝F×6L，nmg×4L＝F×6L， 代入数据：n×0.05kg×10N/kg×4L＝2N×6L，解得，n＝6。 练习4：（2023年l新疆兵团）在“探究杠杆的平衡条件”的实验中： （1）实验前，杠杆静止时，发现杠杆左端低、右端高，此时杠杆处于______（填“平衡”或“非平衡”）状态，为使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向______（填“左”或“右”）调节。 （2）调节杠杆在水平位置平衡后，进行如图所示的实验，用量程为5N的弹簧测力计在A点竖直向上拉（如图中M所示），杠杆在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数为2.5N；若弹簧测力计斜向上拉（如图中N所示），杠杆在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数为________（填“大于”或“小于”）2.5N，此时拉力的方向与竖直方向的最大夹角为________（填“30°” “45°”或“60°”）。 （3）杠杆上每个平衡螺母的质量为m，杠杆的总质量（含两个平衡螺母）为50m。实验前，调节杠杆在水平平衡的过程中，若只将右端的平衡螺母移动了距离L，则调节前后杠杆（含两个平衡螺母）的重心在杆上移动的距离为_______