专题3.4-4　简单机械实验研究杠杆的平衡（原卷版）

第3章能量的转化与守恒3.44简单机械——实验：研究杠杆的平衡目录TOC\o"13"\h\z\u 1 1 3 3【基础巩固练】 3【发散思维练】 5【核心素养练】 5【中考提分练】 71.探究杠杆平衡条件（1）杠杆平衡：指杠杆在动力和阻力的作用下，保持静止状态或匀速转动状态。（2）实验中使杠杆在水平位置平衡的目的：排除杠杆自重的影响，便于测出力臂的值。（3）调节杠杆水平平衡时可调节杠杆两端的平衡螺母。（4）实验拓展：实验时，若只用钩码，则钩码应挂在杠杆两端；若只在杠杆一端挂钩码，则可以在同一端用弹簧测力计向上拉，且方向为竖直向上。2.杠杆平衡条件杠杆平衡时有：动力×动力臂=阻力×阻力臂。（1）表达式：若用F1表示动力，F2表示阻力，l1表示动力臂，l2表示阻力臂。则有：或（2）探究时注意的问题：①实验前要先调节杠杆两端平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡。②在实验时不能移动平衡螺母。③在加减或移动钩码时，要使杠杆在水平位置平衡。④实验不能只凭一组数据得到结论，必须在多次实验的基础上通过分析才能得出结论。作杠杆最小动力的方法使用杠杆的目的之一是省力，我们要学会在杠杆中寻找最小动力，或在杠杆示意图中作出最小动力。作图思路如下：(1)确定支点，找出最长的动力臂。因为在阻力和阻力臂一定时，动力臂越长就越省力。(2)按“顺反原理”选好动力方向。也就是按动力使杠杆转动的效果与阻力使杠杆转动的效果相反的原理确定动力的方向。(3)依据确定的动力方向画出动力示意图。【注意】作最小动力的关键是寻找最长动力臂。最长动力臂的找法如下：①如果动力作用点已经给出，那么，支点到动力作用点的连线作力臂，此力臂为最长。②如果动力作用点没有确定，那么，就要依据杠杆的几何特征找出最长动力臂，确定动力作用点。如圆形用直径作动力臂，立方体和长方体用对角线作动力臂。如图甲所示，请在A点画出能使杠杆OA在图示位置保持平衡的最小拉力的示意图。以支点O到作用点A之间的距离OA作为动力臂时即为最大动力臂l，根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2，这时用力最小，动力F的方向与动力臂垂直斜向上，如图乙。【常考】能够设计实验探究杠杆的平衡条件，并能用杠杆的平衡条件解决一些简单的实际问题。【例】某同学做探究杠杆平衡条件的实验。(1)实验时，为了方便对力臂的测量，该同学先调节平衡螺母，使杠杆在位置平衡。通过多次实验，该同学得到了杠杆的平衡条件。(2)实验中，在杠杆上的A点挂四个重均为0.5N的钩码，用调好的弹簧测力计竖直向上拉杠杆上的B.点，使杠杆水平平衡，如图所示，弹簧测力计的示数是N；如果将弹簧测力计沿图中虚线方向拉，仍使杠杆在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将(选填“变大”“不变”或“变小”)。【基础巩固练】1.（2020常州期中）如图所示，杠杆处于平衡状态，下列操作中能让杠杆继续保持平衡的是（）A.将左右两边的钩码均向外移动一格B.在左右两边钩码的下方各加一个钩码，位置保持不变C.将左右两边的钩码各去掉一个，位置保持不变D.将左边的钩码去掉二个并保持位置不变，同时将右边钩码向左移二格2.如图所示，杠杆处于平衡状态，如果在杠杆两侧挂钩码处各增加一个质量相同的钩码，杠杆会（）A.左端下降B.右端下降C.仍然平衡D.无法判断3.如图甲所示，长1m的粗细均匀的光滑金属杆可绕O点转动，杆上有一光滑滑环，用竖直向上的测力计拉着滑环缓慢向右移动，使杆保持水平状态，测力计示数F与滑环离开○点的距离s的关系如图乙所示，则杆重（）A.100NB.75NC.50ND.以上答案均不正确4.AC硬棒质量忽略不计，在棒的B、C两点施加力F1、F2，F2的方向沿OO'线，棒在如图所示位置处于静止状态，则（）A.F1<F2B.F1=s2F2/s1C.F1力臂小于s1D.F2方向沿OO'线向下5.(2020•绍兴期末)在探究杠杆平衡条件实验中，若杠杆静止在如图所示的位置，可将杠杆右端的螺母向___________(填“左”或“右”)调节一些，使杠杆在水平位置平衡，这样做的好处是___________。杠杆平衡后，在A点挂两个50g的钩码，在B点应挂_____个50g的钩码才能使杠杆恢复平衡。6.在“探究杠杆平衡条件”的实验中，实验时先调节杠杆在位置平衡，当在A处(如图所示)挂三个钩码时，要使杠杆平衡，应在B处挂个钩码(每个钩码质量均为100g)。拿去B处钩码，改在C处用弹簧测力计竖直向上拉，杠杆平衡时弹簧测力计的示数为N。(g取10N/kg)7.(2020•宁波江北月考)在探究杠杆平衡条件的实验中，先要调节杠杆两端的螺母，使杠杆在___________平衡，这样做的好处是___________。若发现杠杆右端下倾，应将左侧螺母向___________移动或将右侧螺母向___________移动，使杠杆平衡。8.如图甲所示，小明在探究“杠杆平衡条件”实验中所用的实验器材有：杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个。(1)实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉。此时，应把杠杆两端的平衡螺母向___________(填“左”或“右”)调节，使杠杆在不挂钩码时，保持水平并静止，达到平衡状态。这样做的好处是：便于在杠杆上直接测量___________。(2)杠杆调节平衡后，小明在杠杆上A点处挂4个钩码后，在B点处挂6个钩码。杠杆恰好在原位置平衡。于是小明便得出了杠杆的平衡条件为___________。他这样得出的结论是否合理?___________；为什么?_______________________________________________________。(3)实验结束后，小明提出了新的探究问题：若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成立?于是小组同学利用如图乙所示装置进行探究，发现在杠杆左端的不同位置，用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于平衡状态时，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符，其原因是______________________。【发散思维练】9.在探究杠杆平衡条件的实验过程中，当出现图示情况时，为了让杠杆平衡，可以（）A.将左边的平衡螺母向左调B.将右边的平衡螺母向右调C.将左边的钩码向左移动D.适当增大弹簧测力计的拉力10.如图所示的杠杆处于平衡状态，若在Ａ处的钩码下再挂一个同样的钩码，要使杠杆重新恢复平衡，则必须（）A.在B处钩码下再挂一个同样的钩码B.在B处钩码下再挂一个同样的钩码并向左移动一格C.在B处钩码下再挂两个同样的钩码并向右移动一格D.把B处钩码向右移动一格11.如图所示杠杆AOB能绕○点转动(杆重和摩擦均不计)，已知OA=L1，OB=L2，F1与OA垂直，F2与OB垂直，且F1L1=F2L2，则此杠杆在F1和F2作用下的状态（）A.一定静止B.一定匀速转动C.可能静止或匀速转动D.一定变速转动12.如图为小柯制作的“杠杆力臂演示仪”，杠杆AOB可绕O点(螺母)转动，OA=0.2m，OB=0.1m，G1=2N。杠杆自身重力和摩擦不计，固定装置未画出。(1)当杠杆处于甲图所示水平位置平衡时，G2的重力为____________N。(2)松开螺母保持OA不动，使OB向下折一个角度后，再拧紧螺母形成一根可绕O点转动的杠杆AOB'(B'点对应B点)，保持G1位置不变，要使杠杆在图乙位置保持平衡，则G2应该移动至（）A.B'点处B.①点处C.②点处D.③点处13.(2020•台州期末)在“探究杠杆平衡条件”实验中，小科用一块T形板对实验装置进行改进。如图甲所示，T形板上有槽口ab和卡口cd，T形板通过槽口ab可以绕着杠杆的○点自由旋转并上下移动，弹簧测力计与一根质量可以忽略的碳素细棒MN相连，碳素细棒MN刚好卡人T形板的卡口cd，如图乙所示。(1)把杠杆的中央支在支架上，发现杠杆左侧下沉，则应将平衡螺母向____________调节，使杠杆在水平位置平衡。(2)小丁认为要完成这个实验，还需要一把刻度尺，但小科认为只要在T形板上稍微进行改进，不添加器材也可完成实验。小科对T形板进行的改进方法是____________________________________。(3)利用这个装置进行实验的优点为________________________________________________。14.下面是小王利用刻度均匀的匀质杠杆进行探究“杠杆的平衡条件”的实验(每个钩码重0.5N)。(1)实验前，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，应将平衡螺母向____________(填“左”或“右”)端调节，直到杠杆在水平位置平衡。(2)如图乙所示，杠杆在水平位置平衡。如果在杠杆两侧各去掉一个相同的钩码，则杠杆_________(填“左”或“右”)端将下沉。(3)如果小王又进行了如图丙所示的探究，因为杠杆自重对杠杆平衡____________(填“有”或“没有”)影响，所以用弹簧测力计在C点竖直向上拉使杠杆仍然处于水平位置平衡时，则弹簧测力计的示数____________(填“大于”“小于”或“等于”)3N。【核心素养练】15.(科学探究)在探究“杠杆平衡条件”实验中：(1)将杠杆的中点O挂在支架上，调节杠杆两端螺母使杠杆在水平位置平衡(如图甲)，目的是____________________________________(2)小科按图乙方案实验并得出实验结论：“动力×支点到动力作用点的距离三阻力×支点到阻力作用点的距离”。这个结论与杠杆平衡条件不符，原因是实验过程中_______(填字母)。A.没有改变力的大小B.没有改变力的方向C.没有改变力的作用点D.实验实数较少，结论具有偶然性(3)如图丙当弹簧测力由位置1转至位置2的过程中，杠杆在水平位置始终保持平衡，测力计示数将______________。(4)小科继续利用杠杆的平衡条件来测量均匀杠杆的质量：①将杠杆的B位置挂在支架上，在B的右侧挂质量为m的钩码，前后移动钩码的位置，使杠杆在水平位置平衡(如图丁)。②用刻度尺测出此时钩码悬挂位置E到B的距离L1和杠杆中点O到B的距离L2。③根据杠杆的平衡条件，可以计算出杠杆的质量m杆=______________(用题目中所给物理量表示)。16.(科学探究)小科利用轻质宽杠杆做“杠杆平衡条件”实验。【实验器材】轻质宽杠杆、支架、刻度尺、细线、质量相同的钩码若干个。【数据收集与处理】(1)将轻质宽杠杆的中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉，这时应将杠杆两端平衡螺母向________(填“左”或“右”)端调节，直到杠杆在水平位置平衡。(2)杠杆调节平衡后，进行三次实验，实验数据记录在表中，在整理实验数据时，发现少记录一个数据，你认为表中空缺的数据应为________cm。次数动力/N动力臂/cm阻力/N阻力臂/cm113021522100.5/31.510115【反思评价】小科在完成第3次实验后思考，如果保持动力和阻力不变，把动力的作用点从A点分别移到B点和C点，杠