Question

20．某同學(xué)在做“研究杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)步驟．
a．把杠桿的中點(diǎn)支在支架上；
b．把鉤碼掛在杠桿的兩邊，改變鉤碼的位置使杠桿水平平衡；
c．記下兩邊的鉤碼的重，用尺量出它們的力臂，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；
d．改變力和力臂數(shù)值，做三次實(shí)驗(yàn)．
e．求出各次實(shí)驗(yàn)的動(dòng)力乘以動(dòng)力臂和阻力乘以阻力臂數(shù)值．
（1）請(qǐng)你指出該同學(xué)在b步操作之前漏掉了一個(gè)重要步驟，這個(gè)步驟是調(diào)節(jié)平衡螺母使杠桿在水平位置平衡．
（2）如果實(shí)驗(yàn)中所用鉤碼的質(zhì)量都相等，如果在如圖甲圖示，杠桿的B處應(yīng)該掛4個(gè)鉤碼，才能使
杠桿在水平位置平衡．
（3）如果在C點(diǎn)改用彈簧測(cè)力計(jì)拉，為了使杠桿在水平位置平衡時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)最小，應(yīng)沿豎直向上方向拉．
（4）如果按如圖乙圖示把彈簧測(cè)力計(jì)斜拉，且拉環(huán)固定在支架上，水平平衡時(shí)要讀出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)，如果此時(shí)在A點(diǎn)的鉤碼下方再掛一個(gè)鉤碼，為了再次使杠桿平衡，且彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不變，應(yīng)將懸點(diǎn)E向上（選填“上”或“下”）移動(dòng)．
（5）將杠桿平衡的物理知識(shí)和研究方法用到斜拉索式大橋，如圖丙所示，若將大橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，取其主要部分就可以抽象成如圖丙所示模型，為了減少鋼索承受力F，可行的方法是提高橋塔的高度（寫出一種即可）

Answer 1

分析 （1）探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先把杠桿支在支架上，然后調(diào)節(jié)平衡螺母使杠桿在水平位置平衡，最后才掛鉤碼進(jìn)行探究．
（2）設(shè)杠桿的分度值是1cm，鉤碼的重力是G，根據(jù)杠桿平衡條件判斷鉤碼的數(shù)量．
（3）要使力最小，應(yīng)該使力臂最大，杠桿在水平位置平衡，力豎直作用在杠桿上，力臂最大．
根據(jù)阻力阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力促使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)，判斷動(dòng)力的方向．
（4）杠桿都在水平位置平衡，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)傾斜拉動(dòng)杠桿時(shí)，力臂變小，力變大．
當(dāng)阻力臂不變，動(dòng)力不變時(shí)，阻力增大，根據(jù)杠桿平衡條件，動(dòng)力臂一定增大，來判斷彈簧測(cè)力計(jì)的拉動(dòng)方向的變化，來判斷懸點(diǎn)E的變化．
（5）結(jié)合圖片，判斷杠桿在使用過程中，動(dòng)力臂和阻力臂的大小關(guān)系，再明確其相關(guān)要素．

解答 解：
（1）把杠桿在中點(diǎn)支在支架上，杠桿的重心可能不在中點(diǎn)位置，不能消除杠桿重對(duì)杠桿平衡的影響，所以把在b步驟之前還要調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡．
（2）設(shè)一個(gè)鉤碼重為G，杠桿上一個(gè)小格代表1cm，
所以，2G×4cm=nG×2cm，n=4（個(gè)）．
（3）為了使杠桿在水平位置平衡時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)最小，應(yīng)使力臂最大，力臂在杠桿上，所以彈簧測(cè)力計(jì)要豎直拉動(dòng)杠桿．圖中鉤碼使杠桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，拉力要使杠桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)．所以彈簧測(cè)力計(jì)要豎直向上拉動(dòng)杠桿．
（4）如果此時(shí)在A點(diǎn)的鉤碼下方再掛一個(gè)鉤碼，為了再次使杠桿在水平位置平衡，阻力增大，阻力臂、動(dòng)力不變，要增大動(dòng)力臂才能使杠桿再次平衡，所以彈簧測(cè)力計(jì)傾斜的角度要大一些，所以懸點(diǎn)E要向上移動(dòng)．
（5）由題可知，大橋的結(jié)構(gòu)可看作杠桿，其中G代表橋重和過往車輛產(chǎn)生的對(duì)橋的作用力，而F則代表拉力；若增加塔橋的高度，即增加了支點(diǎn)O到F₂的距離，即增大了動(dòng)力臂L₁，根據(jù)公式F₁=$\frac{{F}_{2}{L}_{2}}{{L}_{1}}$，可以得到，在阻力和阻力臂，不變的情況下，動(dòng)力臂越大，動(dòng)力越小即橋?qū)︿撍鞯睦�力就越小�?br />故答案為：（1）b；調(diào)節(jié)平衡螺母使杠桿在水平位置平衡；（2）4；（3）豎直向上；（4）上；
（5）提高橋塔的高度．

點(diǎn)評(píng) （1）探究杠桿的平衡條件和使用天平稱量物體質(zhì)量時(shí)，操作步驟是大致相同的：首先調(diào)節(jié)杠桿或天平在水平位置平衡，然后在掛鉤碼或往天平盤內(nèi)增加物體和砝碼，使杠桿或天平重新平衡．
（2）探究杠桿平衡時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)傾斜拉動(dòng)杠桿在水平位置平衡，力臂變小，力變大，是本實(shí)驗(yàn)經(jīng)常考查的內(nèi)容．