Question

3．如圖1所示，小明利用鐵架臺(tái)、帶有刻度的杠桿、重為1N的鉤碼（若干）等器材探究杠桿的平衡條件．

（1）在掛鉤碼前，小明發(fā)現(xiàn)杠桿左端高，右端低．他應(yīng)將杠桿的平衡螺母向左（選填：“左”或“右”）調(diào)節(jié)，使杠桿在水平位置平衡．
（2）杠桿在水平位置平衡后，小明進(jìn)行了兩次杠桿平衡實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)記錄在表中

實(shí)驗(yàn)次序	動(dòng)力F1/N	動(dòng)力臂L1/cm	阻力F2/N	L2/cm
1	4	10	4	10
2	4	10	2	20

①根據(jù)第1次實(shí)驗(yàn)，對(duì)杠桿平衡條件有以下猜想：
猜想一：F₁L₁=F₂L₂     猜想二：$\frac{{F}_{1}}{{F}_{2}}$=$\frac{{L}_{1}}{{L}_{2}}$   猜想三：F₁²L₁²=F₂²L₂²
結(jié)合第2次實(shí)驗(yàn)，能排除的是猜想二（選填：“一”、“二”或“三”）
②第3次實(shí)驗(yàn)：2個(gè)鉤碼一組掛在杠桿右端如圖2所示，另外3個(gè)鉤碼作為一組掛在左端時(shí)，杠桿水平平衡．請(qǐng)?jiān)趫D中畫出本次實(shí)驗(yàn)時(shí)，杠桿上所掛鉤碼的示意圖．
③再通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)…最終得到了杠桿平衡條件．
（3）一書包重約15～20N，用量程0～5N的測(cè)力計(jì)不能直接測(cè)出書包重力，小明利用一米長(zhǎng)的硬木尺（重力忽略不計(jì)）和書桌邊緣，測(cè)量出三個(gè)數(shù)據(jù)從而粗略測(cè)出書包重力．請(qǐng)?jiān)诜娇騼?nèi)畫出能測(cè)量書包重力的示意圖（要求：彈簧測(cè)力計(jì)必須豎直向上用力）．除了讀出彈簧測(cè)力計(jì)的拉力讀數(shù)外，另外兩個(gè)要測(cè)量的數(shù)據(jù)分別是：
①?gòu)椈蓽y(cè)力計(jì)的力臂L₁．
②書包對(duì)杠桿拉力力臂L₂．

Answer 1

分析 （1）在調(diào)節(jié)杠桿平衡時(shí)，將平衡螺母向較高的一端調(diào)節(jié)；
（2）①根據(jù)第2次實(shí)驗(yàn)，將數(shù)據(jù)代入猜想關(guān)系式，若不成立，則猜想被排除；
②根據(jù)杠桿的平衡條件：F₁L₁=F₂L₂，將已知條件代入便可求出未知量，并作出示意圖；
（3）根據(jù)杠桿的平衡條件，可使桌子的邊緣作為支點(diǎn)，動(dòng)力作用在尺子的最右端，使測(cè)力計(jì)對(duì)尺子的拉力力臂大約為書包對(duì)尺子拉力力臂的4倍，根據(jù)杠桿的平衡條件，讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)、兩個(gè)拉力的力臂，代入平衡條件公式便可求出書包的重力．

解答 解：（1）由圖知，左端較高，應(yīng)將平衡螺母向左調(diào)節(jié)，使杠桿在水平位置平衡；
（2）①由第二組數(shù)據(jù)知，動(dòng)力和動(dòng)力臂的乘積與阻力和阻力臂的乘積相等，滿足猜想一；
動(dòng)力和阻力的比值等于動(dòng)力臂和阻力臂的反比，不滿足猜想二；
動(dòng)力和動(dòng)力臂平方的乘積與阻力和阻力臂平方的乘積相等，滿足猜想三；由以上分析知，應(yīng)該排除猜想二；
②設(shè)每個(gè)鉤碼的重力為G，每個(gè)小格的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，根據(jù)杠桿的平衡條件：
F₁L₁=F₂L₂
3G×L₁=2G×3L
解得：L₁=2L
所以應(yīng)將3個(gè)鉤碼掛在左端離支點(diǎn)2個(gè)格處，示意圖如圖所示：

（3）由題意知，書包的重力大約為該測(cè)力計(jì)量程的3到4倍，所以測(cè)力計(jì)到支點(diǎn)的距離大約為書包到支點(diǎn)距離的3到4倍，如圖：

根據(jù)杠桿的平衡條件，要測(cè)出書包的重力，除了要讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)外，還應(yīng)測(cè)出測(cè)力計(jì)拉力的力臂及書包拉力的力臂，代入平衡條件公式，便可求出書包的重力．
故答案為：（1）左；（2）①二；②見上圖2；（3）示意圖見上圖3；彈簧測(cè)力計(jì)的力臂L₁；書包對(duì)杠桿拉力力臂L₂

點(diǎn)評(píng) 要掌握杠桿的調(diào)平方法，哪邊高，將平衡螺母向哪端移動(dòng)；此題給出了3個(gè)猜想，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證其是否正確，此時(shí)可將測(cè)量數(shù)據(jù)代入進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)于杠桿平衡條件，一定要掌握且能靈活運(yùn)用．