探究杠杆的平衡条件

实验要点

1. 实验装置如图1所示，首先需要了解杠杆的平衡状态：静止或匀速转动状态。如图2所示的杠杆静止在此位置，此时杠杆仍处于平衡状态。

2.在此实验中，将杠杆的支点位于中心位置，这样可使杠杆自身重力的作用线经过支点，即重力的力臂为零，可避免杠杆自重对实验结果产生影响，同时让杠杆处于水平位置的平衡状态。这样做的目的：（1）避免杠杆的自重对实验结果产生影响；（2）便于测量力臂。

3.调节杠杆在水平位置平衡的方法：将平衡螺母往杠杆高的那一侧调。无论平衡螺母在杠杆的左侧还是右侧都遵循“杠杆哪边高，平衡螺母就往哪边调”的规则。

4.使本实验更具有普遍性的操作：

（1）方法一：分别让l1 gt; l2，l1" =" l2，l1 lt; l2，进行多次实验。

（2）方法二：每次实验都在上一次实验的基础上，只改变F2、l1、l2中的一个量，观察F1的变化。即首先只改变F2，保持l1、l2不变；然后只改变l1，保持F2、l2不变；最后只改变l2，保持F2、l1不变，这样就能探究到每一个变量。

（3）方法三：弹簧测力计不仅仅只局限于与钩码在异侧做实验，也可与钩码在同侧进行实验，但此时弹簧测力计需竖直向上拉。

5.实验拓展：本实验也可斜拉弹簧测力计进行探究。通过斜拉的操作，感受力的变化，动力变大了是由于斜拉使动力臂变小了导致的。如图3所示作出的斜拉的力臂图，力臂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，防止得出“动力 × 支点到动力作用点的距离 = 阻力 × 支点到阻力作用点的距离”这样的错误结论。

能力提升

如图4所示，同学们在做“探究杠杆的平衡条件”实验。

（1）实验前，杠杆在图甲所示的位置静止，此时杠杆处于 （选填“平衡”或“非平衡”）状态；应该将平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节。

（2）实验中，在杠杆的两侧加挂钩码，并移动钩码的位置，使杠杆始终在水平位置平衡，这样做的目的是便于测量 的大小；进行多次实验的数据记录在表格中，多次实验的目的是 ；小明根据表1所测数据得出杠杆平衡的条件是：" " " " " " " " " " " " " " " " " ""。

（3）如图乙所示，保持杠杆水平位置平衡，测力计从a位置转到b位置，其示数大小将 （选填“变大”“变小”或“不变”）；当测力计转到b位置，此时杠杆恰为 （选填“省力”“费力”或“等臂”）杠杆。

（4）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，杠杆平衡条件是否仍然成立？”于是小明利用如图丙所示装置进行探究，发现在杠杆左端的不同位置，用弹簧测力计竖直向上拉，使杠杆在水平位置处于平衡时，测出的拉力大小与杠杆平衡条件不相符。其原因是 对实验的影响。

（5）实验中，用如图丁所示的方式悬挂钩码，杠杆也能在水平位置平衡（杠杆上每小格长度相等），但老师提醒大家不要采用这种方式，主要是因为这种方式

（填字母）。

A. 一个人无法独立操作" " " B. 需要使用太多的钩码

C. 力臂与杠杆不重合" " " " D. 力和力臂数目过多

（6）小飞准备每组实验在上一次实验的基础上依次改变F2、l1和l2中的一个量，由此测得杠杆平衡时所需要的拉力F1，来寻找F1、F2、l1和l2四个物理量之间的关系，表2是他得到的实验数据。

在这4组实验数据中，第 组与之前的实验改变的是同一个物理量。

那么他应该如何进行此次实验：" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "。

答案：（１）平衡 右 （2）力臂 避免实验的偶然性，使结论具有普遍规律 F1l1 = F2l2 （3）变小 等臂 （4）杠杆自重 （5）D （6）4 保持F2和l1不变，只改变l2

综合实践

杆秤是一种称量质量的常用工具，小明找到一把带有秤砣的杆秤，向爷爷请教了杆秤的几个部件名称（如图5所示），初步掌握了使用方法并进行了尝试：不挂重物，提住秤纽，当秤砣移动至定盘星处时，秤杆恰能处于平衡状态；将被称重物挂在秤钩上，移动秤砣悬线位置直至秤杆平衡，通过杆身刻度直接读出重物质量。

（1）分析可知，杆秤属于 这种简单机械，它主要利用了 这一物理原理来工作。

（2）小明发现系秤砣的绳子较长且有一段磨损严重，他把这部分剪去，将剩余部分绳子接好挂在秤杆上使用，这会导致测量的结果 （选填“偏大”“不变”“偏小”）。

（3）小明找来一把刻度尺，想不借助其他器材测量出秤砣的质量，请帮他写出必要的测量步骤，并用所测得的物理量符号表示出秤砣质量的表达式。

①必要的步骤：" " " " " " " " " " " " " " " " "" 。

②秤砣质量的表达式： " " " " " " " " " " " " " " " 。

（4）小明发现市面上多数杆秤有两个秤纽及两个量程（如图6所示），使用秤纽 （选填“A”或“B”）时的量程较大。

答案：（1）杠杆" "杠杆的平衡条件（或杠杆原理） （2）偏大 （3）①在秤钩上挂一个重物；调节秤砣，使秤杆平衡；读出杆身刻度示数为m；测出秤纽到秤钩所在直线的距离l1，测出秤纽到秤砣所在直线的距离l2 ②m秤砣 [=ml2l1] （4）B

（作者单位：江苏省阜宁县明达初级中学）