《2026年易点通基础提分物理山西专版》

实验 10 探究杠杆的平衡条件
一、问题(发现问题+提出问题)
2024年6月9日上午，“我们的节日·端午”沁县第十六届民俗文化节暨山西省第九届龙舟公开赛在西湖湖畔如期举行。小梦在观看如图所示的赛龙舟时发现以下两个现象：

现象一：运动员两只手握住划桨，其中一只手握住划桨最上端，是支点，另一只手握住划桨的中间，是动力，当所施加的力越大时，龙舟跑得越快。
现象二：不同的人握住划桨中部的不同位置，用力情况不同。
(1)根据现象一，可以提出一个可以探究的物理问题：动力的大小是否会影响杠杆的平衡？？
(2)根据现象二，可以提出一个可以探究的物理问题：动力臂的大小是否会影响杠杆的平衡？？
二、证据(设计实验+进行实验+收集证据)
【实验前】(3)为了解划桨的工作原理，实践小组的同学设计实验探究杠杆的平衡条件，图中每个钩码重力均为0.5N。

若杠杆在如图甲所示位置静止时，处于平衡(选填“平衡”或“非平衡”)状态。实验前，为使图甲的杠杆在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向左(选填“左”或“右”)调节，让支点处于杠杆几何中心的目的是消除杠杆自重对杠杆平衡的影响。
【实验中】(4)①实验时可以通过改变悬挂钩码的数量改变杠杆的动力和阻力情况，从而使杠杆平衡；也可以通过改变悬挂钩码的位置改变杠杆的动力臂和阻力臂情况，从而使杠杆平衡。
②实验中，使杠杆在水平位置平衡，其目的是便于在杠杆上直接读出(或测出)力臂大小。
③实验过程中不可以(选填“可以”或“不可以”)再调节平衡螺母。
(5)如图乙所示，在A点挂有3个钩码，为了使杠杆在水平位置平衡，应在B点挂2个钩码。杠杆水平平衡后，若将两端同时减去一个钩码，杠杆会逆时针(选填“顺时针”或“逆时针”)旋转。为此，小梦将左侧钩码的悬挂位置向右移动了一段距离后，杠杆仍然没有在水平位置平衡。她又调节两端的平衡螺母，使杠杆重新回到水平平衡位置。然后正确记录下钩码重，动力臂OA和阻力臂OB的值。分析实验致据后发现得不到教材中的“杠杆平衡条件”，小红的哪一步操作导致了实验结果与教材中的结论不一样？答：杠杆上挂钩码后，小红又调节了两端的平衡螺母。
(6)小梦取走悬挂在B点的钩码，改用弹簧测力计在C点位置竖直向下拉，如图丙所示，当杠杆在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数是___N。将钩码换成弹簧测力计的好处是：___。保持弹簧测力计悬挂点不变，使其拉力方向斜向右下方，如图丙中虚线所示，仍使杠杆水平平衡，弹簧测力计示数___(选填“变大”“变小”或“不变”)，原因是：在阻力和阻力臂不变的情况下，___。弹簧测力计倾斜拉的目的是：___。
三、解释(处理信息+分析论证+得出结论)
(7)小组同学进行了多次实验，并将数据记录在下表中。

分析实验数据后，组内的小红和小媛分别得出如下结论：
①小红认为：根据一次实验数据即可得出杠杆的平衡条件，你认为小红的做法错误(选填“正确”或“错误”)，支持你观点的依据是只根据一次实验数据得出的结论容易具有偶然性，不具有普遍性。所以在探究杠杆平衡条件的实验中，需要多次改变钩码的位置和数量，收集多组数据。
②小媛分析第3、4次实验数据得出杠杆的平衡条件是“动力+动力臂=阻力+阻力臂”，你认为小媛的分析过程存在的问题是将两个不同的物理量直接相加。
③请你分析上表中的实验数据，可以得出杠杆平衡条件F_{1}l_{1}=F_{2}l_{2}。(写出公式)
四、交流(准确表述+全面评估+改进建议)
(8)若操作如图丙所示装置的过程中，当弹簧测力计的示数达到量程仍不能使杠杆水平平衡，你认为接下来合理的操作是：将弹簧测力计拉力的作用点向右移(或换用较大量程的弹簧测力计或减少左侧钩码的数量或悬挂左侧钩码的位置向右移动)。(写出一条即可)
(9)同组的小丽提出：如果在杠杆的O点用弹簧测力计施加一个向上的拉力，这个拉力是否影响杠杆的平衡？不影响；理由是这个作用在杠杆O点的拉力的力臂为零。
【实验评估】(10)实验中，用如图甲所示的方式悬挂钩码，杠杆也能在水平位置平衡(杠杆上每格等距)，但老师却往往提醒大家不要采用这种方式，原因是力和力臂数目过多。如果杠杆受到三个动力$ F_{1} $、$ F_{2} $、$ F_{3} $和一个阻力$ F_{4} $四个力的作用，处于水平平衡状态。杠杆的平衡条件是什么呢？请你提出猜想：F_{1}l_{1}+F_{2}l_{2}+F_{3}l_{3}=F_{4}l_{4}(用公式表达)。

【分析异常找原因】(11)实验结束后，小雯提出了新的探究问题：若支点不在杠杆的中点，杠杆平衡条件是否仍然成立？于是小组同学利用如图乙所示的装置进行探究，发现在杠杆左端的不同位置，用弹测力计竖直向上拉，使杠杆在水平位置平衡时，测出的拉力大小都与根据杠杆平衡条件得出的拉力大小不相等，其原因是杠杆自重对杠杆平衡产生了影响。
(12)实验结束后，通过分析数据，有的同学指出：杠杆的平衡条件可以是“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”。事实上这种观点是片面的，因为支点到动力(阻)力作用点的距离并不总是力臂。请你在本实验的基础上再补充一些器材，通过实验证明正确的杠杆平衡条件。
A.你需要补充的器材有：弹簧测力计、刻度尺。
B.写出操作步骤：___。
(13)如图丙所示，杠杆在水平位置平衡，若在两侧的钩码下面各加挂一个质量相同的小球，杠杆右端会下沉；若在此基础上将悬挂点的位置同时向远离支点移动相同距离，杠杆左端会下沉。(均选填“左端”或“右端”)
(14)如图所示，将一根细线拴在一根玉米的中部，静止后玉米水平平衡，现将玉米从细线处沿竖直方向切成A、B两段，这两段玉米重力的大小关系是$ G_{A} $＞(选填“＞”“＜”或“=”) $ G_{B} $，理由是：A端的玉米比B端的玉米重力的力臂小，根据杠杆平衡条件F_{1}l=F_{2}l_{2}可知，A端的玉米比B端的玉米重力大。

答案：
(1)动力的大小是否会影响杠杆的平衡？
(2)动力臂的大小是否会影响杠杆的平衡？
(3)平衡；左；消除杠杆自重对杠杆平衡的影响；
(4)①数量；位置；②便于在杠杆上直接读出(或测出)力臂大小；③不可以；
(5)2；逆时针；杠杆上挂钩码后，小红又调节了两端的平衡螺母；
(6)0.5；能直接测出拉力的大小，实验操作更方便；
变大；斜拉导致拉力的力臂变小；促进理解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；
(7)①错误；只根据一次实验数据得出的结论容易具有偶然性，不具有普遍性；
②将两个不同的物理量直接相加；$③F_{1}l_{1}=F_{2}l_{2}；$
(8)将弹簧测力计拉力的作用点向右移(或换用较大量程的弹簧测力计或减少左侧钩码的数量或悬挂左侧钩码的位置向右移动)；
(9)不影响；这个作用在杠杆O点的拉力的力臂为零；
(10)力和力臂数目过多；$F_{1}l_{1}+F_{2}l_{2}+F_{3}l_{3}=F_{4}l_{4}；$
(11)杠杆自重对杠杆平衡产生了影响；
(12)A.弹簧测力计、刻度尺；
B.取下一侧的钩码，用弹簧测力计斜拉杠杆，使杠杆保持水平平衡，读出弹簧测力计的示数，并用刻度尺测出力臂；改变弹簧测力计斜拉的角度，重复上述实验步骤；
(13)右端；左端；
(14)＞；A端的玉米比B端的玉米重力的力臂小，根据杠杆平衡条件$F_{1}l=F_{2}l_{2}$可知，A端的玉米比B端的玉米重力大。