Question

【題目】如圖所示是小明和小紅利用刻度均勻的杠桿探究“杠桿平衡條件”的實驗裝置。

（1）在實驗前，杠桿靜止在圖甲所示的位置，此時杠桿處于_______（選填“平衡”或“不平衡”）狀態(tài)；調(diào)節(jié)平衡螺母使杠桿在水平位置平衡的目的是消除杠桿自重對實驗的影響，同時方便___________；

（2）杠桿平衡后，小明在左右兩側(cè)分別掛上如圖乙所示的鉤碼，杠桿不能在水平位置平衡，在不增加鉤碼且不改變鉤碼懸掛點位置的前提下為了使杠桿重新在水平位置平衡，只需將____________即可；

（3）為獲得更多組數(shù)據(jù)，他們?nèi)∠掠覀?cè)鉤碼，小明和小紅分別設計了兩種實驗方案，小明的方案如圖丙所示，小紅的方案如圖丁所示。你認為__________（“小明”或“小紅”）的方案更合理，理由是___________；

（拓展）探究杠桿的平衡條件后，小明又利用杠桿測量了石塊的密度，實驗裝置如圖所示。

實驗步驟如下：

①將石塊懸掛在杠桿左側(cè)，通過調(diào)節(jié)細線長度使石塊緩慢浸沒在下方裝滿水的溢水杯中（未觸底），同時用質(zhì)量忽略不計的薄塑料桶接住溢出的水；

②將薄塑料桶懸掛在杠桿右側(cè)，調(diào)節(jié)塑料桶的懸掛位置，使杠桿在水平方向平衡，如圖所示；

③測量出AB兩懸掛點距支點O的距離分別為10m和15cm，則石塊密度為___________kg/m3。

Answer 1

【答案】平衡 測量力臂 左側(cè)的鉤碼去掉一個 小明 排除測力計的重力對實驗的影響 2.5×103

【解析】

(1)[1]杠桿靜止時，無論桿身是否水平，都為杠桿的平衡狀態(tài)。

[2]杠桿在水平位置平衡，其力臂和桿身重合，可以方便測量力臂的大小。

(2)[3]在乙圖中，杠桿左右兩側(cè)所掛鉤碼的重力可分別視為動力和阻力，兩側(cè)鉤碼的懸掛點可分別視為動力臂和阻力臂，根據(jù)杠桿的平衡條件可知，只需將左側(cè)的鉤碼去掉一個即可滿足杠桿在水平位置平衡。

(3)[4][5]對比丙、丁兩圖可知，小明的實驗方案更加理想；因為彈簧測力計本身受到重力，小明的方案可以排除測力計的重力對實驗的影響。

(3)①[6]設石塊排開的水的重力為，由阿基米德原理可知，石塊受到的浮力

水中的石塊為平衡狀態(tài)，故其對繩的拉力

根據(jù)杠桿和平衡條件可得

即

由上式整理可得

由于石塊排開水的體積和石塊自身體積相等，所以上式可簡化為

所以石塊的密度