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  4. 杠杆的平衡条件控制变量法和科学探究的过程

如图所示是某校初三(1)班物理实验小组探究杠杆平衡条件的实验装置.(1)你认为杠杆两端螺母的作用是什么?若发现杠杆在使用前右端低左端高,要使它在水平位置平衡,应将杠杆右端

一、题文

如图所示是某校初三(1)班物理实验小组探究杠杆平衡条件的实验装置.    
(1)你认为杠杆两端螺母的作用是什么?若发现杠杆在使用前右端低左端高,要使它在水平位置平衡,应将杠杆右端的平衡螺母向____调节;也可将杠杆左端的平衡螺母向________调节,此后在整个实验过程中,是否还要再旋动两侧的平衡螺母?    
(2)一实验小组得到的两组数据如下表所示:
这两组数据中,实验序号为_______的一组肯定有错误.经检查,发现是测量动力臂时读错了,动力臂的实际值比记录值大还是小?
(3)通过此探究实验应该得出的结论是:________.
(4)另一实验小组的同学获得的数据如下表所示:
他们得出的结论是:“动力+动力臂=阻力+阻力臂”,你认为他们的实验存在什么问题?

考点提示:杠杆的平衡条件,控制变量法和科学探究的过程

二、答案

(1)调节杠杆平衡;左;左;不需要  
(2)1;小  
(3)杠杆平衡条件是:动力×动力臂=阻力×阻力臂  
(4)仅靠一次实验得到的结论具有偶然性,是不正确的

三、考点梳理

知名教师分析,《如图所示是某校初三(1)班物理实验小组探究杠杆平衡条件的实验装置.(1)你认为杠杆两端螺母的作用是什么?若发现杠杆在使用前右端低左端高,要使它在水平位置平衡,应将杠杆右端》这道题主要考你对 杠杆的平衡条件控制变量法和科学探究的过程 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:杠杆的平衡条件,控制变量法和科学探究的过程

考点名称:杠杆的平衡条件
  • 杠杆的平衡条件:
    动力×动力臂=阻力×阻力臂。

    在杠杆平衡时,动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之几。

  • 利用杠杆平衡条件来分析和计算有关问题,一般遵循以下步骤:
    (1)确定杠杆支点的位置。
    (2)分清杠杆受到的动力和阻力,明确其大小和方向,并尽可能地作出力的示意图。
    (3)确定每个力的力臂。
    (4)根据杠杆平衡条件列出关系式并分析求解。

    例:如图所示,AOB为一机械设备的简化示意图,我们可以把它看成杠杆(自重不计),已知AO= 2OB。固定D点,使OB处于水平位置,此时B端挂一重为40N的物体,要使杠杆不发生转动,至少需在A端施加F=____N的力,在图上画出此时力F的方向。

    解析:要想得到施加在A点的最小力,就要找到最大力臂,由图可知,最大力臂应是OA,故过A点作们的垂线,方向斜向下即为最小力。据杠杆平衡条件得:F·OA=G·OB,代入数值为F×2OB=40N×OB,解方程得F=20N。
    答案:20   力F的方向如图


    实验法探究杠杆平衡条件:
        实验前要调节杠杆的平衡螺母使其在水平位置上平衡,目的是使杠杆的重心落在支点上,从而消除杠杆的重力对平衡的影响。当杠杆水平平衡时,O点距悬挂钩码处的距离便是力臂,而且可用杠杆上的“格数”代替力臂大小。

    例:我们都做过“探究杠杆平衡条件”的实验。
    (1)实验没有挂钩码时,若杠杆左端下倾,则应将右端的平衡螺母向____(选填“左”或“右”)调节,使杠杆在水平位置平衡。实验前使杠杆水平平衡的目的是____.
    (2)实验中,用图所示的方式悬挂钩码,杠杆也能水平平衡(杠杆上每格等距),但老师却提醒大家不要采用这种方式。这主要是因为该种方式(    )
    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
    (3)图中,不改变支点O右侧所挂的两个钩码及其位置,保持左侧第____格的钩码不动,将左侧另外两个钩码改挂到它的下方,杠杆仍可以水平平衡。

    解析:(1)实验前要调节杠杆的平衡螺母使其在水平位置平衡,目的是方便地测量力臂。调节方法是将平衡螺母向杠杆偏高的一端调,即哪端轻向哪端调。
    (2)探究杠杆平衡条件时,用的力和力臂数目过多,每个力都会给杠杆转动带来影响,给探究过程带来麻烦。
    (3)根据杠杆平衡条件,即,所以l1=2(格)。

    答案:(1)右方便地测量力臂(2)D(3)2

    利用杠杆平衡条件求最小力的方法:
        由公式可知,当阻力、阻力臂一定时,动力臂越长,动力越小。当动力臂最长时,动力最小。要求最小动力,必须先画出最大动力臂。
    1.寻找最大动力臂的方法
    (1)当动力作用点确定后,支点到动力作用点的线段即为最大动力臂;
    (2)动力作用点没有规定时,应看杠杆上哪一点离支点最远,则这一点到支点的距离即为最大动力臂。
    2.作最小动力的方法
    (1)找到最大动力臂后,过作用点作动力臂的垂线;
    (2)根据实际,动力能使杠杆沿阻力作用的反方向转动,从而确定动力的方向。

  •  

考点名称:控制变量法和科学探究的过程
  • 控制变量法:
    物理学中对于多因素(多变量)的问题,常常采用控制因素(变量)的方法,把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素,而控制其余几个因素不变,从而研究被改变的这个因素对事物的影响,分别加以研究,最后再综合解决,这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法,广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。例如以下的探究实验:
    探究影响蒸发快慢的因素;
    探究力与运动的关系
    探究影响滑动摩擦力大小的因素;
    探究影响压力的作用效果的因素;
    探究影响液体压强大小的因素;
    探究影响浮力大小的因素;
    探究影响动能大小的因素;
    探究影响重力势能大小的因素;
    验证欧姆定律

    科学探究过程:
    科学探究过程的一些环节:提出问题、猜想和假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集数据、分析与论证、评估、交流与合作。

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