初中物理探究杠杆的平衡条件实验解答题

小飞用图1装置来探究杠杆的平衡条件，设弹簧测力计和钩码对杠杆的拉力分别为动力 $F_1$和阻力 $F_2$， $l_1$和 $l_2$分别表示动力臂和阻力臂。他的实验思路是改变 $F_2$、 $l_1$和 $l_2$，测得杠杆平衡时所需的拉力 $F_1$，来寻找 $F_1$、 $F_2$、 $l_1$和 $l_2$四个物理量之间的关系。已知实验前已调节杠杆在水平位置平衡，弹簧测力计的量程为 $0~5N$，杠杆上每一格长 $10\mathit{cm}$。

实验次数	阻力 $F_2/N$	阻力臂 $l_2/\mathit{cm}$	动力臂 $l_1/\mathit{cm}$	动力 $F_1/N$
1	4	33	30	4.4
2	4	18	30	2.4
3	4	7.5	30	1.0

（1）为便于测量力臂，弹簧测力计应沿　　方向拉杠杆，并使之在　　位置平衡；

（2）小飞首先保持 $F_2$和 $l_1$不变而改变 $l_2$，所获得的实验数据如表格所示，第1次实验中弹簧测力计示数的放大图如图2所示，则 $F_1=$　　 $N$，此时杠杆的类型与　　（选填“筷子”或“老虎钳” $)$相同；

（3）为获得更多组数据，小飞继续进行（2）中实验，则为能顺利完成实验，在改变阻力臂 $l_2$时， $l_2$应不超过　　 $\mathit{cm}$；完成上述实验后，小飞接下来还应进行的实验有①保持　　不变而改变 $F_2$；②保持 $F_2$和 $l_2$不变而改变 $l_1$。

以下为“探究杠杆平衡条件”实验：

（1）如图甲，把杠杆放在支架上并置于水平桌面，静止时发现杠杆左低右高，为了使杠杆在水平位置平衡，应将右端的平衡螺母向　　调节。

（2）如图乙，在已经调节好的杠杆左端 $A$处挂4个钩码，要使杠杆仍在水平位置平衡，应在杠杆右边离支点4格的 $B$处挂　　个相同的砝码。

（3）如图丙，在杠杆左边离支点4格的 $C$处，用弹簧测力计与水平方向成 $30°$角斜向上拉，也可使杠杆在水平位置平衡，则弹簧测力计示数为　　 $N$（每个钩码重 $0.5N)$。

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，直到杠杆在水平位置平衡；

（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　　。

在“探究杠杆的平衡条件”实验中：

（1）图甲中，为使杠杆在水平位置平衡，应将右端的平衡螺母向　　侧调节。

（2）图乙中，杠杆恰好处于水平平衡状态，若在 $A$处下方再挂一个钩码，则 $B$处所挂钩码须向右移动　　格，可使杠杆在水平位置再次平衡。

（3）杠杆处于图甲所示位置时，小李同学就在杠杆上挂钩码进行实验，小明认为这样操作会对实验产生以下影响：

①杠杆自身重力可能会对实验产生影响

②可能不便于测量力臂或出现力臂测量错误

③无法得出杠杆平衡条件

你认为正确的是　　。

$A$．①②

$B$．①③

$C$．②③

用如图所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。

（1）实验开始时，杠杆的位置如图甲所示，为使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆的平衡螺母向　　移动（选填“左”或“右” $)$。

（2）如图乙所示，在刻度线“2”处挂2个钩码。在刻度线“4“处用调好的弹簧测力计竖直向下拉杠杆，杠杆在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数为 $F_1$，将弹簧测力计斜向左拉，杠杆在水平位置平衡时，其示数 $F_2$　　 $F_1$（选项“ $>$”、“ $=$”或“ $<$” $)$；再将弹簧测力计斜向右拉，杠杆在水平位置平衡时，其示数 $F_3$　　 $F_1$。

（3）得到实验结论后，利用图乙所示的装置，只借助杠杆上的刻度线，右侧只使用弹簧测力计，左侧只悬挂重物，若弹簧测力计的量程是 $0~2.5N$，当杠杆在水平位置平衡时，通过计算可知，悬挂的重物最重可达　　 $N$。

探究杠杆的平衡条件

（1）杠杆两端的螺母作用是　        　。

（2）小明用如图甲所示装置，进行实验并收集了下表中的数据，分析数据可知，杠杆的平衡条件是　　。

（3）小明又用如图乙所示装置进行实验，请在图中画出拉力 $F$的力臂，弹簧测力计的读数应是　　 $N$．（一个钩码重 $0.5N)$

（4）如图丙所示，小红实验时在一平衡杠杆的两端放上不同数量的相同硬币，杠杆仍在水平位置平衡。她用刻度尺测出 $L_1$和 $L_2$，则 $2L_1$　　（选填“ $>$”“ $<$”或“ $=$” $)3L_2$。

实验次数	动力 $/N$	动力臂 $/m$	阻力 $/N$	阻力臂 $/m$
1	0.5	0.2	1.0	0.1
2	1.0	0.15	1.5	0.1
3	3.0	0.1	2.0	0.15

【拓展】探究了杠杆的平衡条件后，小红对天平上游码的质量进行了计算，她用刻度尺测出 $L_1$和 $L_2$（如图丁所示），则游码的质量为　　 $g$。

在探究“杠杆平衡的条件”实验中，所用的实验器材有：杠杆（每小格均等长）、铁架台、刻度尺、细线和若干个重为 $1N$的钩码。

（1）为了便于测量力臂要将如图甲所示杠杆调节在水平位置平衡，应将平衡螺母适当往　右　（选填“左”或“右” $)$调；

（2）杠杆调节好后，进行了三次实验，实验情景如图乙、丙、丁所示，以两边钩码的重力分别为动力 $F_1$和阻力 $F_2$，对应的力臂为 $L_1$和 $L_2$，由此可得杠杆的平衡条件为：　　。实验中进行多次实验的目的是　　（选填“ $A$”或“ $B$” ${)}_{:}$

$A$．取平均值减少误差

$B$．使实验结论具有普遍性

（3）将如图丁所示杠杆两边的钩码各撤掉1个，则杠杆　　（选填“保持平衡”、“左端下沉”或“右端下沉” $)$；

（4）如图1所示，用细绳竖直向上拉，使杠杆在水平位置平衡，则拉力 $F$为　　 $N$；保持杠杆平衡，将细绳转到虚线位置时，拉力 $F$大小将　　（选填“变大”、“不变”或“变小” $)$；

（5）在生活、生产中经常应用到杠杆的平衡条件，例如用天平测量物体的质量。某次用天平测量物体质量时，如图2所示，则物体的质量为　　 $g$。

在"测定物质的密度"实验中，用电子天平测物体的 　　、用量筒测物体的 　　。在"探究杠杆平衡的条件"实验中，应使杠杆在 　　位置保持平衡，以便直接从杠杆上读出力臂的数值。

实验台上有满足实验要求的器材：弹簧测力计1个，所受重力为 $1N$ 的钩码2个，带支架的杠杆1个。杠杆上相邻刻度间距离均为 $0.05m$ ，刻线上下靠近杠杆边缘处均有圆形小孔，可用来挂钩码或弹簧测力计，如图所示。请利用上述实验器材，设计一个实验证明："杠杆在水平位置平衡时，如果动力臂 $L_1$ 保持不变，则 $F_1=k{F}_2{L}_2$ "，式中 $F_1$ 表示动力， $k$ 是常量， $F_2$ 表示阻力， $L_2$ 表示阻力臂。

请写出实验步骤，画出实验数据记录表格。