杠杆的平衡条件

实验目标

1.知道影响杠杆平衡条件的因素。

2.探究杠杆的平衡条件。

实验仪器

铁架台、细线、杠杆、钩码若干。

过程与方法

实验原理

杠杆平衡时必须满足一定的条件,杠杆的转动效果跟力的大小和力臂的大小有关,因此,杠杆平衡也是力和力臂共同作用的结果。当杠杆平衡时,动力和动力臂、阻力和阻力臂之间应该存在某种规律。

图20-1

实验过程(图20-1)

(1)将杠杆安装在铁架台上,安装时注意使杠杆的底座处于水平位置,调节平衡螺母使杠杆自身在水平位置平衡。

(2)在杠杆的左右两端挂上数量不同的钩码,调节钩码的位置,使杠杆在水平位置重新平衡。这时杠杆左右两边受到的钩码的拉力都等于钩码的重力。

(3)把右边的钩码重力当做动力F1,左边的钩码重力当做阻力F2,从杠杆的刻度尺上分别读出动力臂l1和阻力臂l2,把F1、F2、l1、l2的数值记录在表格中。

(4)改变力和力臂的数值,重做上述实验两次。

实验记录

将实验得到的数据记录在下面表格中。

分析与结论

分析上述数据,你得出的杠杆平衡的条件是:____________________________。

反思与评价

1.实验时,要调节杠杆平衡,使它静止时处于水平位置,这样做的目的是使杠杆的重心落在支点上,消除杠杆自重对实验的影响,便于测量_____________________,这时杠杆重力的力臂为。

2.杠杆平衡螺母的调节方法借鉴天平平衡螺母的调节方法。若发现杠杆右端偏高,则应将左端的平衡螺母向_______调节,或将右端的平衡螺母向_______调节。

3.杠杆调节平衡后,在探究过程中_______,(选填“允许”或“不允许”)再旋动杠杆两端的平衡螺母。

4.探究活动中,一定要使杠杆在水平位置平衡,且保持钩码的重力方向与杠杆垂直。

延伸与拓展

1.本实验中如果在杠杆的一端挂钩码,另一端改用弹簧测力计替代钩码,这样的改进有什么好处?

自我测验

1.做“探究杠杆的平衡条件”实验时,在挂钩码前先要调节_______,使杠杆在_______位置平衡,杠杆的平衡条件的数学表达式为:_______。

2.要使图20-2所示杠杆平衡,可在A处向上施加_______N的力,也可在B处向下施加_______N的力。

图20-2

3.如图20-3所示的杠杆已平衡,若在两端各减去一个钩码,则杠杆( )。

A.仍然平衡 B.失去平衡,右端下降

C.失去平衡,左端下降D.无法判断

4.园艺师傅使用如图20-4所示的剪刀修剪树枝时,常把树枝尽量往剪刀轴O靠近,这样做的目的是为了( )。

A.增大阻力臂,减小动力移动的距离B.减小动力臂,减小动力移动的距离

C.增大动力臂,省力D.减小阻力臂,省力

图20-3

图20-4

5.三个和尚挑水吃的故事相信大家耳熟能详,如图20-5(a)所示,和尚们商量出新的挑水方案,胖和尚一人挑两小桶,瘦和尚和小和尚两人合抬一大桶,以下说法中不正确的是( )。

图20-5

A.图(b)中水桶B向下沉,为保持水平平衡,胖和尚可以将他的肩往后移动一段距离B.图(b)中水桶B向下沉,为保持水平平衡,胖和尚可以将水桶B往前移动一段距离C.图(c)中小和尚为减轻瘦和尚的负担,可以让瘦和尚往前移动一段距离

D.图(c)中小和尚为减轻瘦和尚的负担,可以将水桶往前移动一段距离

图20-6

6.如图20-6所示,在拉力F的作用下,杠杆平衡。现将拉力F的作用方向移至图中F'方向,为使杠杆仍保持平衡,则力F的大小将如何变化?

图20-7

7.如图20-7所示,用道钉撬来撬铁路枕木上的道钉,若阻力F2为1500N,根据图估算此道钉撬所用最小动力F1的大小。

8.在探究杠杆平衡条件的过程中,我们把支点放在质地均匀的杠杆中间,这样做的目的是:__________________________________________;实验时,首先调节杠杆两端的平衡螺母,并使杠杆在水平位置平衡,这样做的好处是:____________________________;同学们通过多次实验,得出以下数据,分析得出杠杆平衡条件是:______________;请你应用杠杆平衡条件,把表格中的数据填写完整。

图20-8

小光同学实验时,在杠杆上挂了如图20-8所示的两组钩码。若在不加减钩码的前提条件下,把左端的两个钩码向右移动格_______,可使杠杆平衡;若在不移动钩码位置的前提条件下,采用两端同时减掉_______的方法,也可使杠杆平衡(杠杆上相邻刻线之间的距离相等,每个钩码的质量都相同)。

图20-9

9.如图20-9所示,用细线拴住一端粗、一端细的实心胡萝卜并悬挂起来,静止后胡萝卜的轴线水平。在拴线处沿竖直方向将胡萝卜切成A、B两段。A、B哪段重些呢?甲、乙、丙三个同学提出各自的猜想:甲:A较重。乙:B较重。丙:A、B一样重。

(1)请设计一个简易实验,判断A、B的轻重。

所用器材:

操作方法:

现象及结论:

(2)为进一步研究类似A、B轻重的问题,某同学在一根有等间距刻度的均匀杠杆两侧挂上每个质量都相等的钩码进行实验。杠杆静止于水平状态的三次实验情境如图2010所示。

图20-10

①根据图20-10所示的实验,可以判断_______(选填“甲”“乙”或“丙”)同学的猜想是正确的。

②根据图20-10所示的实验,该同学得出结论:

只要满足“阻力×阻力作用点到支点的距离=动力×动力作用点到支点的距离”,杠杆就能平衡。

a.这个结论是否正确?

b.用图20-11所示的装置,怎样通过实验来说明该结论是否正确。

图20-12

10.如图20-12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,使杠杆在水平位置平衡,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,以杠杆的每一小格为长度的单位。

(1)分析表中的数据,可得杠杆的平衡条件是:______________(填写关系式)。

(2)杆秤是杠杆平衡条件在生活中的重要应用。图20-13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②④两步补充完整。

图20-13

图20-14

①用刻度尺测量杆秤上的主要刻度的示数m和秤砣到提纽O的距离x,并作出m-x关系图像,如图2014所示;

②用刻度尺测量挂钩到_______的距离l;

③在m-x关系图像中任意读取两组数据x1、m1和x2、m2;

④设杆秤自重G0,重心到提纽的距离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)。

答案与点拨

分析与结论

动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂,即:F1l1=F2l2

反思与评价

1.动力和阻力的力臂 零 2.右 右 3.不允许

延伸与拓展

自我测验

1.平衡螺母 水平 F1l1=F2l2 2.20 8 3.B 4.D 5.D 6.在阻力和阻力臂都不变的情况下,F改变方向后,动力臂减小,根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2可知:力臂变小,F变大。 7.从图20

图20-15