Question

15．物理實驗復習時，小美和小麗再探究有關杠桿平衡的問題．
（1）小美先將杠桿調節(jié)至水平位置平衡，其目的是便于直接讀出力臂大小，然后在左右兩側各掛如圖所示的鉤碼后，杠桿的左端下降．要使杠桿重新在水平位置平衡，如果不改變鉤碼總數和懸掛點位置，只需左側2個鉤碼掛到右側即可．
（2）小麗還想探究當動力和阻力在杠桿同側時杠桿的平衡情況，于是她將杠桿左側的所有鉤碼拿掉，結果杠桿轉至豎直位置．如圖乙所示，小麗在A點施加一個始終水平向右的拉力F，卻發(fā)現無論用多大的力都不能將杠桿拉至水平位置平衡．你認為原因是水平位置時動力臂為零杠桿無法平衡．
（3）他們認為（2）問中拉力是做功的．如果水平向右的拉力F大小為2N不變，OA長為20cm，將杠桿從豎直位置拉著轉過30°的過程中，拉力F做功為0.2J．

Answer 1

分析 （1）杠桿在水平位置平衡時，力的方向與杠桿垂直，力臂的長度可以直接從杠桿上讀出來；
根據圖甲中左右兩側掛鉤碼后兩邊力與力臂的乘積大小，判斷杠桿的哪端下降；根據杠桿的平衡條件計算不改變鉤碼總數和懸掛點位置時，掛鉤碼情況；
（2）分析F作用下其力臂變化情況，根據杠桿的平衡條件找到原因；
（3）分析F在杠桿從豎直位置轉過30°的過程中F水平移動距離，根據W=Fs計算拉力F做的功．

解答 解：（1）將杠桿調節(jié)至水平位置平衡，力臂的長度可以直接從杠桿上讀出來；
彈簧測力計的拉力與杠桿垂直，能從杠桿上直接讀力臂
若每個鉤碼重為G，杠桿上每格長L′，
由圖甲，左側力與力臂的乘積：5G×4L′=20GL′，
右側力與力臂的乘積：2G×3L′=6GL′，
因為：20GL′＞6GL′，所以杠桿左側下降；
如果不改變鉤碼總數和懸掛點位置，若要杠桿平衡，左側取下n個鉤碼掛到右側，
則：（5-n）G×4L′=（2+n）G×3L′，
解得：n=2，即需將左側2個鉤碼掛到右側即可；
（2）由圖將杠桿左側的所有鉤碼拿掉，在A點施加一個始終水平向右的拉力F，當杠桿拉到水平位置時F的力臂通過支點，即力臂為0，根據杠桿的平衡條件所以始終不能平衡；
（3）由圖杠桿從豎直位置轉過30°的過程，F水平移動距離為OA長的一半，即s=$\frac{1}{2}$L=$\frac{1}{2}$×0.2m=0.1m，
所以拉力F做的功：W=Fs=2N×0.1m=0.2 J．
故答案為：（1）便于直接讀出力臂大��；左；左側2個鉤碼掛到右側；（2）水平位置時動力臂為零杠桿無法平衡；（3）0.2．

點評 本題考查杠桿平衡條件實驗中出現問題分析和杠桿平衡條件運用，關鍵是求出杠桿轉動30°時水平拉力F水平移動距離．