专题09 杠杆平衡实验（原卷版）

专题09杠杆平衡实验【知识储备】杠杆的平衡：杠杆处于静止或匀速转动都叫杠杆的平衡；探究杠杆的平衡条件：实验前调节杠杆两端的平衡螺母（向高处调节），使杠杆在水平位置平衡，目的是消除杠杆重力对实验的影响；在杠杆一边挂上钩码，在另一边挂上钩码（或者用弹簧测力计竖直拉杠杆），使杠杆在水平位置平衡，目的是便于测量力臂；进行多次实验的目的是得出普遍规律，防止结论的偶然性。杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂；公式：F1L1=F2L2或F1/F2=L2/L1。【专题突破】1．某小组在“探究杠杆的平衡条件”的实验中，进行了如下操作：（1）使杠杆在水平位置平衡，这样调节的目的是消除杠杆自身重力对实验的影响，并便于实验时测量。（2）如图乙，此时杠杆处于平衡状态，如果在杠杆两端钩码下方再各挂一个相同的钩码，杠杆将（选填“保持平衡”、“顺时针转动”或“逆时针转动”）；（3）如图丙是一个加宽的杠杆装置，此时杠杆处于平衡状态，若只将左侧的钩码改挂到A点正上方的B点，力臂是线段（选填“OA”、“OB”或“AB”）。2．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。（2）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。小明根据以上数据得出杠杆平衡条是：。次数F1/NL1/cmF2/NL2/cm11102522101203215310（3）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”或“小于”）六个钩码的重力。（4）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”）。（5）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”）。3．图1所示的实验装置可以探究杠杆受两个阻力（F2、F3）时的平衡条件。在已调节好的杠杆两端挂上不同数量的钩码，并适当移动钩码的位置，使杠杆水平平衡，记下钩码的数量和位置。通过改变钩码的数量和位置，按照同样的方法再做两次，将实验得到的数据填在下表。表中数据是以一个钩码的重力为力的单位，以杠杆的每小格为长度的单位。（1）分析表中的数据，可得杠杆的平衡条件是。（填写关系式）（2）在农村还广泛使用的杆秤就利用了上述原理。图2是一根杆秤的示意图。小云设计了如下测量秤砣质量M的实验方案，请你将②、④两步补充完整。①用刻度尺测量杆秤上的主要刻度的示数m到提扭O的距离x，并作出m﹣x关系图象，如图3所示。②用刻度尺测量挂钩到的距离L；③在m﹣x关系图象中任意读取两组数据x1、m1和x2、m2；④设杆秤自重G0，重心到提扭的距离L0，据杠杆平衡条件Mgx1＝+G0L0以及＝m2gL+G0L0两式相减得M＝（要求用L、x1、x2、m1、m2表示）。实验次数动力F1动力臂I1阻力F2阻力臂I2阻力F3阻力臂I31151122226122533715444．在探究“杠杆平衡条件”的实验中，所用的器材有：每格长度等距的杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线、每个重力都为0.5N的钩码若干个。（1）实验前将杠杆中点置于支架上，然后调节平衡螺母，使杠杆在水平位置静止，这样做目的是：和对实验的影响；（2）如甲图所示，杠杆处于平衡状态。若从杠杆的两侧同时减掉一个钩码，那么发现杠杆的（选填“右”或“左”）端下沉；（3）在乙图中，将弹簧测力计由竖直方向旋转至沿虚线方向，如果要继续保持杠杆在水平方向静止，测力计的示数要（选填“变小”、“不变”或“变大”）；（4）如图丙所示，在杠杆右侧挂4个钩码，每个钩码的质量为50g，为了便于在杠杆上直接读出力臂的大小，在左侧沿竖直向方向拉动弹簧测力计，直至杠杆在位置平衡。并将数据记录在表格中，表中F1大小为弹簧测力计示数，F2大小为钩码的重力，l1、l2分别为F1、F2对应的力臂；（5）接下来，又进行了三次实验，将数据填在表中，最后总结得出规律。每次实验总是在前一次基础上改变F2、l1、l2中的一个量，观察F1。小华分析数据后发现，第次实验与前一次改变的量相同，需要调整。序号F1/Nl1/cmF2/Nl2/cm14152302815430343043043404305．图甲所示的杆秤是中华民族测量质量的基本量具，为体验杆秤的制作过程，小明和爸爸找来了一根一端粗一端细的圆木、200g的钩码、100g和500g的物体各一个、铁丝钩、细绳、钻孔器、刻度尺、圆规等器材，以下是他们制作的过程：（1）小明根据图甲的构造示意图，判断杆秤属于（简单机械名称），爸爸将秤钩（铁丝钩）安装在靠近粗端的A点处，如图乙所示；（2）他们在A点左侧的适当位置钻了两个小孔B、C，用细绳作为秤纽；推测：（B/C）处秤纽制成杆秤的量程较大；（3）确定“0”刻度时，他们用200g的钩码当作秤砣，在秤钩上（挂上/不挂）物体，提起秤纽B，移动秤砣直到杆秤水平，在秤杆的朝上面标注出刻度线（图乙中O点）；在秤钩处挂上500g的物体，缓慢向细端移动秤砣，直到秤杆再次水平，标注出秤砣所在位置为D（图中未标出）；（4）小明用圆规从D点开始，以（OD/BD）长度向细端方向依次截取点位E、F、G、H、I、J、K、L、M（图中均未标出），直到接近细端的M点为止；接着，又将每相邻两点间等分为5格，给每个点位都涂上颜料作为秤星（质量刻度）。以B为秤纽的最大测量值是kg，分度值是g；（5）按照前面的方法，小明用100g的物体完成C处秤纽的秤星标注，请你判断该杆秤制作成功后，C处秤纽的“0”刻度线（在/不在）“O”处，最后，他们利用已知质量的物体对制作好的杆秤进行了校准检验，并提出具体的改进方案。6．在“探究轻质杠杆的动力与动力臂的关系”的实验中：（1）实验中将杠杆调节到水平位置平衡，这样做的目的是；（2）调节好的杠杆如图甲，在杠杆A点挂3个相同的钩码，每个钩码重0.5N，用弹簧测力计在B位置竖直向下拉杠杆，保持杠杆在水平位置平衡，弹簧测力计读数为N；（3）保持A点钩码数量不变，杠杆在水平位置平衡时，测出多组动力F1和动力臂l1的数据，绘制了F1﹣l1的关系图像，如图乙。请根据图线推算，当l1为8cm时，F1为N；（4）如图丙，工人在使用扳手时，在扳手手柄上加了一个长套筒，通过实验，小东明白这是通过的办法省力，图中工人在C处沿不同方向施力均能把螺丝拧起，则FaFb。7．小科在学习杠杆力臂的时候，对力臂的定义为什么是支点到力的作用线的距离而不是支点到力的作用点的距离产生了疑惑。于是，他设计了一个轻质杠杆探究以上问题，杠杆的支点O在上方，三段硬棒的长度相等（如图所示），实验步骤如下：步骤1：用弹簧测力计在竖直方向用力，使杠杆在水平位置平衡（如图甲所示），记录弹簧测力计的示数为F1。步骤2：保持拉力作用点不变，改变拉力的方向，仍让杠杆在水平位置平衡（如图乙所示），记录弹簧测力计的示数为F2。步骤3：保持拉力的方向不变，将杠杆下端的硬棒向上移动至A、B、C处，仍让杠杆在水平位置平衡（如图丙所示），记录弹簧测力计的示数分别为FA、FB、FC。请回答下列问题：（1）根据图象可知F1＝N，F2＝N。（2）请根据F1和F2的数值比较说明：力臂的定义到底是支点到力的作用线的距离还是支点到力的作用点的距离？并说明理由：。（3）比较F1和FA、FB、FC的数量关系，若发现，则能进一步支持以上结论。（4）杠杆的平衡条件为（用字母表示）。8．密度是物质的重要属性，生产、生活中常常需要测量各种液体的密度．某同学在综合实践活动中自制了测量液体密度的杠杆密度计，可以从杠杆上的刻度直接读出液体密度的数值，受到了老师的肯定和表扬，结构如图所示．所用器材：轻质杠杆（自身重力忽略不计）、两种规格的空桶（100mL和200mL）、质量为m的物体A、细线．设计过程如下：（1）将杠杆在O点悬挂起来，空桶悬挂在B点，质量为m的物体A悬挂在C点时，杠杆水平平衡．测出B点到O点的距离为L，C点到O点的距离为L0，此时C点的密度刻度线应标注为．（2）在B点的空桶内注满液体，空桶容积为V，移动物体A至C1位置，使杠杆在水平位置平衡，C1点到O点的距离为L1，此时C1点的密度值为（用题中所给的字母表示）．（3）已知密度为0.8×103kg/m3刻度线与零刻度线之间的距离为3.2cm，则密度为1.0×103kg/m3刻度线与零刻度线之间的距离为cm．（4）要使制作的杠杆密度计测量精度更高一些，应选择规格的空桶（选填“100mL”或“200mL”）．9．在探究“杠杆平衡条件”的实验中，研究小组的同学准备了相关的实验器材，其中包括已校准的弹簧测力计以及若干个完全相同的钩码。（1）实验前，将杠杆安装到支架上，静止时如图甲所示，此时应将杠杆的平衡螺母B向（选填“左”或“右”）调节。（2）杠杆上每格均匀等距，若在C位置悬挂4个钩码，每个钩码重0.5N，如图乙所示，则在D处的弹簧测力计拉力为N可使杠杆在水平位置保持平衡。接下来，小明保持图乙中钩码位置不变，不断改变弹簧测力计的作用点使杠杆在水平位置平衡，得到弹簧测力计拉力F与其力臂L的关系图像如图丙所示。由图像得每次描出的点与两坐标轴围成的方形面积（如图丙中阴影部分所示）（选填“相等”或“不相等”），由此可知使杠杆平衡的条件是。（3）如图丁所示，小华在杠杆上的E点悬挂3个钩码，将弹簧测力计倒置后，在杠杆的F点竖直向下拉使杠杆水平平衡，此过程中并未对弹簧测力计再次调零，你认为这会使弹簧测力计的示数（选填“偏大”或“偏小”），原因是。10．小华利用一根木筷、物体M、托盘和烧杯自制简易密度秤，主要步骤如下：（a）将烧杯放入托盘中，改变物体M位置至B，使木筷在水平位置静止；（b）在烧杯内注入体积为V0的水，改变物体M的位置至C，使木筷在水平位置再次静止，在C点标注水的