新课标规定的学生必做的实验探究杠杆的平衡条件实验解读.docx
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新课标规定的学生必做的实验探究杠杆的平衡条件实验解读
新课标规定的学生必做实验十一
____探究杠杆的平衡条件实验解读
一．初中毕业生升学考试物理实验操作试题
（一）探究杠杆的平衡条件（考试时间：
10分钟）
【实验目的】探究杠杆的平衡条件。
【实验器材】带刻度的杠杆和支架，2个细铁丝环，钩码（6-8个，每个钩码质量相等并标明质量大小）。
【实验操作要求】
1.提出问题：
杠杆的平衡与哪些因素有关？
2.猜想与假设：
杠杆的平衡与_________________有关。
3.设计实验和进行实验：
（1）检查器材。
（2）调节杠杆平衡。
（3）杠杆两边挂不同数量钩码，杠杆平衡后测出动力、阻力、动力臂、阻力臂。
（4）改变钩码数量和位置，杠杆平衡后再次测出动力、阻力、动力臂、阻力臂。
（5）整理器材。
4.分析与论证：
（1）杠杆标尺上的分度值是cm，每一个钩码的重力是N。
（2）数据记录：
实验
次数
动力F1/N
动力臂L1/cm
动力×动力臂/（N·cm）
阻力F2/N
阻力臂
L2/cm
阻力×阻力臂/（N·cm）
1
2
【实验结论】
归纳出杠杆的平衡条件：
。
【反思与拓展】
实验前为什么要调节杠杆在水平位置平衡？
。
（二）初中毕业生升学考试物理实验操作试题
《探究杠杆的平衡条件》评分表
【实验目的】探究杠杆的平衡条件。
【实验器材】带刻度的杠杆和支架，2个细铁丝环，钩码（6-8个，每个钩码质量相等并标明质量大小）。
【实验步骤及评分标准】
实验步骤
操作要求及评分标准
分值
得分
1.提出问题
杠杆的平衡与哪些因素有关？
2.猜想假设
杠杆的平衡可能与力乘力臂有关。
1分
3.设计实验
进行实验
（1）观察杠杆标尺上的分度值和每一个钩码的重力。
1分
（2）调节杠杆平衡：
把杠杆放在支架上，两个细铁丝环位于支点两侧并与支点等距（1分）。
调节杠杆两端平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡（1分）。
2分
（3）利用铁丝环在杠杆两边挂上不同数量的钩码，调节钩码的位置，使杠杆在水平位置重新平衡（1分）。
测量并记录动力、阻力、动力臂、阻力臂（1分）。
2分
（4）改变杠杆两边的钩码数量，重复步骤（3）的操作，再次测出动力、阻力、动力臂、阻力臂。
1分
（5）整理器材。
1分
4.实验结论
计算并记录动力×动力臂、阻力×阻力臂的值。
总结并记录杠杆的平衡条件。
1分
5.反思拓展
实验前为什么要调节杠杆在水平位置平衡？
（便于直接读出力臂或减少实验误差）
1分
合计
10分
监考教师：
确认成绩学生签字：
二．探究杠杆平衡条件实验中的问题解答
小宇和小红利用杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个，探究杠杆平衡条件。
1．实验前，他们先将杠杆调到水平平衡，你认为他们这样做的目的是什么？
若杠杆出现图1所示，你认为如何调节？
解答：
实验前将杠杆调到水平平衡目的是让杠杆的重力作用线过支点，这样可忽略杠杆重力对实验的影响。
出现图1情况，可将杠杆上的平衡螺母向右调节，直至杠杆水平平衡。
2．实验中，他们一直也保持杠杆水平平衡，这样做的好处是什么？
若实验中出现图2所示情况，如何调节？
解答：
实验中保持杠杆水平平衡好处是便于直接读出力臂。
实验中我们可以通过调节所挂钩码个数和位置使杠杆水平平衡，出现图2情况，可将杠杆左侧或右侧的钩码向右移动，或者减少杠杆右侧的钩码个数，直至杠杆水平平衡。
3．小宇测量出下表中的数据。
动力F1/N
动力臂l1／cm
阻力F2/N
阻力臂l2／cm
3
4
4
3
他根据数据得出“动力+动力臂=阻力+阻力臂”的结论。
你认为她的实验结论是否正确?
如果不正确，你的理由是什么?
解答：
他的实验结论不正确。
一是实验次数少，不能排除实验的偶然性；二是不同的物理量不能相加。
4.如图3所示，当在B处挂了三个钩码时，要使杠杆平衡，应在A处挂几个钩码？
（每个钩码的质量相等）
解答：
要使杠杆平衡，应在A处挂两个钩码。
5．小红在实验中不断改变钩码个数和位置，始终保持杠杆水平平衡，进行多次实验，她认为杠杆平衡的条件是“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”，你认为她的结论正确吗？
用图4所示的装置，怎样通过实验来说明该结论是否正确．
解答：
不正确。
实验方法：
（1）将弹簧测力计斜向右（或斜向左）拉，保持杠杆水平平衡；
（2）读出测力计的示数F１；量出动力作用点到支点的距离L１；
（3）用测力计测出三个钩码的重力即阻力大小Ｆ２，量出阻力作用点到支点的距离Ｌ２；
（4）计算F１×L１的值与F２×L２的值，再进行比较，可以得出上述结论不正确。
6．若某次实验中用弹簧测力计竖直向下拉杠杆，如图5所示，杠杆平衡时弹簧测力计的示数为Fa，若在同一处斜向下拉，杠杆要求在水平位置再次平衡时，弹簧测力计的示数为Fb，则FaFb（填“大于、小于、等于”），因为______________________________。
解答：
Fa小于Fb。
因为斜向下拉时，拉力的力臂变小了。
7．实验结束后，他们提出了新的探究问题：
“若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成立？
”于是小组同学利用如图6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处于平衡状态时，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。
其原因是什么？
解答：
这种现象主要是杠杆自重对实验的影响造成的。
三．典型例题解析
【例题】如图甲所示，小明在探究“杠杆的平衡条件”实验中所用的实验器材有：
杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个。
（1）实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉。
此时，应把杠杆两端的平衡螺母向（选填“左”或“右”）调节，使杠杆在不挂钩码时，保持并静止，达到平衡状态。
这样做的好处是：
便于在杠杆上直接测量。
（2）杠杆调节平衡后，小明在杠杆上A点处挂4个钩码，在B点处挂6个钩码杠杆恰好在原位置平衡。
于是小明便得出了杠杆的平衡条件为：
。
他这样得出的结论是否合理？
；为什么？
。
（3）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，杠杆的平衡条件是否仍然成立？
”于是小组同学利用如图乙所示装置进行探究，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处于平衡状态时，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。
其原因是：
。
【解析】
（1）实验前，调节杠杆两端的平衡螺母使杠杆在水平位置平衡，当杠杆右端下沉时，将平衡螺母向左移动，反之则向右移动；实验中要求杠杆在水平位置平衡，这样作用在杠杆上的动力和阻力都是沿竖直方向的，其力臂都在杠杆上，便于测量。
（2）A点距离支点O3个长度单位，B点距离支点O2个长度单位，这样左右两个力的力矩大小相等，方向相反，杠杆处于平衡状态，所以小明便得出了杠杆的平衡条件为：
F1l1=F2l2；小明由一次实验数据就得出结论，该结论具有偶然性，所以是不合理的。
（3）若支点不在杠杆的中点时，那么杠杆位于支点两侧部分的重力不同，它们的力矩方向相反，大小不等，对实验结论的影响较大。
【答案】
（1）左；水平；力臂
（2）F1l1=F2l2；不合理；结论具有偶然性（结论没有普遍性）（3）杠杆自重的影响。
【点评】实验注意事项：
（1）在实验过程中绝不能再调节平衡螺母，否则会破坏原有的平衡；
（2）实验中尽量对力和力臂做大的调整，少出现等臂的情况；（3）多次测量，避免只由一次实验数据就得出结论的错误。
四．探究杠杆的平衡条件实验达标拓展训练题
1.下表是小王“研究杠杆平衡条件”的实验中，记录的是部分测量结果，请在空格处填上适当的值。
（每个钩码质量为50g,g=10N/kg）。
实验次数
动力F1/N
动力臂l1/cm
阻力F2/N
阻力臂l2/cm
1
0．5
8
1
4
2
6
1．5
8
（1）实验前没有挂钩码时，发现杠杆的左端下倾，应将杠杆右端的螺母向_____（“左”或“右”）边旋一些。
使杠杆在水平位置平衡，这样做的目的_________________。
（2）实验中多次测量的目的是________________________________。
（3）实验总结中，老师提出了这样一个问题：
如图所示杠杆处于平衡状态，若在两边钩码下再各加挂一只相同的钩码，释放后观察到什么现象？
___________________________________________________。
（4）古希腊的学者阿基米德首先总结了杠杆平衡条件，据此，他发出了“给我一个支点，我就能撬起整个地球”的豪言，他的设想____________（“有”或“没有”）道理，经过努力能实现吗？
______________；为什么？
_________________。
2.同学们利用图1装置验证“杠杆的平衡条件”，实验中记录的数据如下：
（1）写出分析处理实验数据的具体过程及验证的结果．
（2）杠杆在生活中有很多应用．如图2所示，现欲使静止的跷跷板发生转动，可采取的做法是，并说出能驱使跷跷板发生转动的条件．
（1）过程：
分别计算出动力×动力臂（或F1L1）分别计算出阻力×阻力臂（或F2L2）
第一组1N×15cm=15N·cm1．5N×10cm=15N·cm
第二组2N×25cm=50N·cm2．5N×20cm=50N·cm
第三组3N×20cm=60N·cm4N×15cm=60N·cm
经过比较每一组的动力和动力臂乘积与阻力和阻力臂乘积都相等
验证的结果：
经验证可得出杠杆平衡时满足：
动力×动力臂=阻力×阻力臂
（2）做法：
甲不动，乙向远离支点方向移动
（或乙不动，甲向靠近支点方向移动）
（或乙不动，甲蹬地，减小甲对跷跷板的压力）
条件：
使跷跷板顺时针和逆时针方向转动的力和力臂的乘积不相等
3.如图是“探究杠杆平衡条件”的实验装置。
（1）实
验前，发现杠杆左端略高于右端，应将螺母向____调节，直到杠杆在水平位置平衡。
（2）在图甲中的A处挂2个相同的
钩码，要使杠杆水平平衡，在B处应挂____个同样的钩码。
（3）在图乙中的C处施加竖直向下的拉力F，使杠杆水平平衡。
当拉力F向右倾斜时，仍要保持杠杆水平平衡，拉力F的大小将____，原因是____。
4.在探究“杠杆平衡条件”的实验中：
（1）某同学将杠杆悬挂起来，发现杠杆的右端低，左端高，他应该将杠杆两端的平衡螺母向＿＿调节，使杠杆在＿＿位置平衡。
（2）在杠杆两端挂钩码，不断改变动力或动力臂的大小，调节阻力或阻力臂的大小，使杠杆在原来的位置重新平衡，记录数据如下表：
实验次序
动力F1/N
动力臂L1/cm
阻力F2/N
阻力臂L2/cm
1
2.0
5
1.0
10
2
2.0
10
2.0
10
3
3.0
10
2.0
15
根据表中的数据你得出杠杆的平衡条件是：
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（3）根据第2次实验数据有同学得出杠杆的平衡条件是：
动力＋动
力臂＝阻力＋阻力臂。
他得出此错误结论的原因是：
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
5.在探究“杠杆的平衡条件”的实验中，某同学记录了三次实验数据如下表：
实验次数
动力F1/N
动力臂L1/m
阻力F2/N
阻力臂L2/m
1
2.0
0.04
4.0
0.02
2
1.0
0.02
0.5
0.01
3
2.5
0.03
1.5
0.05
（1）这三次实验数据中有一次是错误的，错误数据的实验次数是，由正确实验结果可得杠杆的平衡条件是。
（2）如下图所示，当在A处挂了三个钩码时，要使杠杆平衡，应在C处挂个钩码。
（每个钩码的质量相等）。
（3）若某次实验中用弹簧测力计竖直向上拉杠杆一端的A点，如图所示，杠杆平衡时弹簧测力计的示数为Fa,若在A点斜向上拉，杠杆要求在水平位置再次平衡时，弹簧测力计的示数为Fb，则FaFb（填“大于、小于、等于”）。
6.在“探究杠杆平衡条件”实验中，利用在杠杆两端挂钩码的方法做实验，实验装置如图所示。
（1）调节杠杆在水平位置平衡时，发现杠杆右端下沉。
应把杠杆右端的平衡螺母向＿＿（选填“左”或“右”）调节。
（2）实验时仍然使杠杆在水平位置平衡，这样做有什么好处？
＿＿＿＿＿＿＿＿。
（3）记录的实验数据如下表。
实验次数
动力F1/N
动力臂l1/cm
阻力F2/N
阻力臂l2/cm
1
3.0
10
2.0
15
2
2.5
20
2.5
20
3
1.0
30
1.0
30
根据表中的信息，得出“F1l1=F2l2”的结论。
这个结论是否具有普遍性？
＿＿＿＿。
原因是：
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（4）如果用杠杆一端挂钩码另一端用弹簧测力计竖直向下拉的方法做实验。
请分析说明用这种方法做实验的好处。
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
答案：
（1）左
（2）测量力臂方便（3）不具有普遍性第2、3两次实验都是等臂的，相当于一次实验，所以少一次实验。
（4）用弹簧测力计竖直向下拉杠杆时，由于测力计的力可以连续变化，很容易得到所需要的力，不需要调整力臂，所以用这种方法很容易使杠杆平衡。
7.小明在做“探究杠杆平衡”的实验中，所用的器材有规格相同的钩码6只，弹簧测力计一只，杠杆及支架，细线，杠杆上每小格距离相等。
（1）小明将杠杆挂在支架上，发现杠杆左端下倾，若他调节杠杆右端的平衡螺母，应将该平衡螺母向＿＿＿＿端调节，直到杠杆在水平位置平衡。
（2）如图甲所示，小明在已调好的杠杆左端2格处挂了3只钩码，要使杠杆平衡，除可在杠杆右端第“2”格挂“3”只钩码外，也可以在右端第＿＿＿＿只钩码来完成。
（按“×格挂×”填写）
（3）若杠杆右端不挂钩码，改用弹簧测力计在左端第3格处拉杠杆使其平衡。
则最小拉力的方向为＿＿＿＿。
（4）如图乙，将弹簧测力计挂在杠杆右端第4格处向下方拉使杠杆平衡，当拉杠杆的力由向左下方逐渐变为向右下方拉的过程中，拉力的变化情况是以下选项中的＿＿＿＿。
（填选项符号）
A．逐渐变大B．逐渐变小C．先变大后变小D．先变小后变大
8.对于杠杆的原理，我国古代也很注意研究，在古书《墨经》中就对杆秤作了科学的说明。
某物理小组探究如图甲所示的一杆秤，通过观察和测量知道：
杆秤上标有刻度，提纽在B点，秤钩在A点，O点为刻度的起点（为零刻度点，在B点左侧）。
用刻度尺量出OA=l1，OB=l2。
甲乙
秤钩不挂重物时，秤砣挂在O点时杆秤平衡，则重心C应在B点的＿＿＿＿侧（选填“左”、“右”或“不确定”）。
设该杆秤秤砣的质量为m，则杆秤自身重力（不含秤砣）和它的力臂的乘积是＿＿＿＿。
物理小组利用空瓶（空瓶质量比秤砣质量小一些）、细线和原有秤砣测出原秤砣的质量。
方法是：
用细线系在空瓶上并置于＿＿＿＿点，慢慢往瓶中加沙子，如果杆秤恰能平衡，相当于新做了一个秤砣，再把它挂在秤钩上，移动原秤砣位置至杆秤平衡，秤杆上的读数即为原秤砣质量。
物理小组通过查资料得到“如果杠杆受两个阻力，杠杆的平衡条件是：
F动l动=F阻l阻+F′阻l′阻，如图乙所示”。
则上一问中实际上只要有刻度尺利用科学推理也可测得秤砣质量，方法是：
设想有两个完全一样的原秤砣甲、乙，将甲置于A点，乙置于B点右侧某点，杆秤恰好平衡。
由杠杆的平衡条件可知，量出长度l1、l2后，只须从B点起向右量出长度＿＿＿，该位置杆秤上的读数即为秤砣的质量m。
9.在探究“杠杆的平衡条件”的实验中，某同学记录了三次实验数据如下表：
实验次数
动力F1/N
动力臂L1/m
阻力F2/N
阻力臂L2/m
1
2.0
0.04
4.0
0.02
2
1.0
0.02
0.5
0.01
3
2.5
0.03
1.5
0.05
（1）这三次实验数据中有一次是错误的，错误数据的实验次数是，由正确实验结果可得杠杆的平衡条件是。
（2）如下图所示，当在A处挂了三个钩码时，要使杠杆平衡，应在C处挂个钩码。
（每个钩码的质量相等）。
（3）若某次实验中用弹簧测力计竖直向上拉杠杆一端的A点，如图所示，杠杆平衡时弹簧测力计的示数为Fa,若在A点斜向上拉，杠杆要求在水平位置再次平衡时，弹簧测力计的示数为Fb，则FaFb（填“大于、小于、等于”）。
10.物理实验小组的同学，利用如图所示的装置，在杠杆支点的两边分别挂上钩码来探究杠杆的平衡条件．
（1）如图甲所示，为使杠杆在水平位置平衡，应将右端的平衡螺母向（选填“左”或“右”）移动，将杠杆调在水平位置的目的是为了方便测量。
（2）实验中测得的数据如表所示，表格中漏填的数据为N。
测量序号
动力F1/N
动力臂L1/cm
阻力F2/N
阻力臂L2/cm
①
1
20
2
10
②
2
15
1.5
20
③
3
5
15
（3）两端平衡螺母的作用是：
。
（4）分析上表，用F1、F2、L1和L2分别表示动力、阻力、动力臂和阻力臂，则杠杆的平衡条件可表示为：
。
11.在“研究杠杆的平衡条件”的实验中
（1）某同学所列实验步骤是：
A．把钩码挂在杠杆支点的两边，改变钩码的位置，使杠杆在水平位置平衡；
B．记录动力、动力臂、阻力、阻力臂的数值；
C．改变力和力臂的数值，再做几次，将数据填在表格内；
D．求出各次实验中动力×动力臂和阻力×阻力臂的数值，根据计算结果得出杠杆的平衡条件，该同学漏掉的重要一步是：
________________________________。
（2）下面三幅图是该同学实验的情况，请根据图填写表格的数据，并通过数据分析得出实验结论（杠杆上每小格表示4cm，每个钩码重1N）。
填写数据表格
实验
次数
动力F1/N
动力臂L1/㎝
F1L1（N·㎝）
阻力F2/N
阻力臂L2/㎝
F2·L2/（N·㎝）
1
2
3
（3）实验的结论：
__________________________________________。
（4）在做“研究杠杆平衡条件”的实验时，挂钩码前，使杠杆在水平位置平衡。
实验时只有10个相同的钩码，杠杆每格等距。
当在A点挂上4个钩码时（如图所示），要使杠杆在水平位置平衡，请你设计两种方案并分别在图中标出钩码的个数和位置。
答案：
（1）在加钩码前未调平衡。
（2）
实验次数
动力F1/N
动力臂L1/㎝
F1·L1
/（N·cm）
阻力F2/N
阻力臂L2/cm
F2·L2
/（N·cm）
一
1
8
8
2
4
8
二
2
12
24
3
8
24
三
4
4
16
1
16
16
（3）F1·L1＝F2L2
（4）几种参考答案如下图：
12.在“探究杠杆平衡条件”实验中，利用在杠杆两端挂钩码的方法做实验，实验装置如图所示。
（1）调节杠杆在水平位置平衡时，发现杠杆右端下沉。
应把杠杆右端的平衡螺母向（选填“左”或“右”）调节。
（2）实验时仍然使杠杆在水平位置平衡，这样做有什么好处？
。
（3）记录的实验数据如下表。
实验次数
动力F1/N
动力臂l1/cm
阻力F2/N
阻力臂l2/cm
1
3.0
10
2.0
15
2
2.5
20
2.5
20
3
1.0
30
1.0
30
根据表中的信息，得出“F1l1=F2l2”的结论。
这个结论是否具有普遍性？
。
原因是：
。
（4）如果用杠杆一端挂钩码另一端用弹簧测力计竖直向下拉的方法做实验。
请分析说明用这种方法做实验的好处。
。
答案：
（1）左
（2）测量力臂方便（3）不具有普遍性第2、3两次实验都是等臂的，相当于一次实验，所以少一次实验。
（4）用弹簧测力计竖直向下拉杠杆时，由于测力计的力可以连续变化，很容易得到所需要的力，不需要调整力臂，所以用这种方法很容易使杠杆平衡。
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