Question

（1）某小組研究“杠桿的使用特點”，器材：有刻度的杠桿、若干個相同的鉤碼、彈簧測力計等，O為杠桿的支點．實驗中，在杠桿P點上掛三個相同的鉤碼，先后四次用彈簧測力計在Q位置沿不同方向向下拉杠桿，如圖甲中A、B、C、D 所示，每次都能使杠桿在水平位置平衡．若以測力計的拉力為動力F₁，鉤碼對杠桿的作用力為阻力F₂，“動力的方向”用QR連線與測力計拉力方向所組成的夾角θ表示，且0°＜θ≤90°．請仔細觀察圖甲中的操作和測量結果，然后歸納結論．

①實驗前，應先調節杠桿在________位置平衡．這樣做，除了可以消除自身的重力影響，還可以方便地測量或讀出________．調節時，如發現杠桿左端偏高，應如何操作：________．
②分析比較圖甲（A）、（B）與（D）的操作和彈簧測力計指針的位置，可得到的初步結論：阻力、阻力臂一定時，動力隨動力臂增大而________（選填：增大或減小）．
③分析比較圖甲（A）、（B）、（C）和（D）的動力F₁的大小與動力方向之間的關系，可得到的初步結論：________．
④某次實驗中，用如圖乙所示的方式懸掛鉤碼，杠桿也能水平平衡（杠桿上每格等距），但老師卻往往提醒大家不要采用這種方式．這主要是以下哪種原因________（選填字母）．
A．一個人無法獨立操作　　 B．需要使用太多的鉤碼
C．力臂與杠桿不重合　　　 D．力和力臂數目過多
（2）如圖丙所示，長1.6m、粗細均勻的金屬桿可以繞O點在豎直平面內自由轉動，一個“拉力--位移傳感器”豎直作用在桿上，并能使桿始終保持水平平衡．該傳感器顯示其拉力F與作用點到O點距離x的變化關系如圖丁所示．由圖可知金屬桿重________N．

Answer 1

解：（1）①因為杠桿的重力對杠桿平衡產生的影響，實驗前，應首先進行杠桿平衡調節．當杠桿處于水平平衡時，作用在杠桿上的動力和阻力--鉤碼的重力--的方向恰好與杠桿垂直，這時力的力臂就可以從杠桿上的刻度直接讀出．因此，調節杠桿的水平平衡是為了便于測量力臂的大小．如發現杠桿左端偏高，說明杠桿重心位置偏右，向左調節杠桿左側平衡螺母或向左調節杠桿右側平衡螺母．
②比較A、B、D可得，它們的動力臂逐漸變長，而彈簧測力計的示數卻逐漸變小，故阻力、阻力臂一定時，動力隨動力臂增大而減小．
③分析A、B、C、D三個圖中動力與動力方向的關系不難看出，隨著動力與圖中所示杠桿間的角度的變大，動力臂變大，動力變小，即θ夾角越小，動力越大．
④杠桿平衡后，右邊有一個力與力臂的乘積，而左邊有三個力與力臂的乘積，共有四個力與力臂的乘積，數目過多，計算不便．
（2）粗細均勻的金屬桿長為1.6m，則其重心在0.8m處，此處動力臂等于阻力臂，由杠桿平衡條件可知，拉力的大小即為金屬桿的重，故重力為10N．
故答案為：（1）①水平；力臂；平衡螺母向左調．②減小③θ夾角越小，動力越大．（反之亦對）④D （2）10N
分析：（1）①為了避免杠桿重力對杠桿平衡產生的影響和便于測量力臂，實驗前，應首先進行杠桿平衡調節，根據杠桿的平衡條件，杠桿左、右兩端的螺母（或一端的螺母）向杠桿上翹的一端調節．
②③可由圖分析力臂的變化及力的變化，進而可得出結論．
④如圖操作，左端有三個拉力，對應的有三個力臂，要計算三個力與力臂的乘積，不符合杠桿一個動力、一個阻力的要求．
（2）解決圖表類的題目要充分利用表中數據，此題，杠桿是粗細均勻的一只金屬桿，重心在杠桿的中點，當x為0.8m時，動力臂等于阻力臂，所以拉力等于杠桿的重力．
點評：解決與杠桿平衡條件相關問題的基本方法：準確找出題中杠桿的五要素，再將對應的動力和動力臂、阻力和阻力臂代入杠桿平衡條件，即可求解；解決圖表類的題目要充分利用表中數據，此題，當x為0.8m時拉力等于杠桿的重力．