探究“杠桿平衡條件”實(shí)驗(yàn)是力學(xué)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，由于此實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚩疾閷W(xué)生的動(dòng)手操作能力、分析歸納能力、評(píng)估能力等，因此近幾年各省市中出現(xiàn)此類試題的頻率很高，下面就2011中考試題為例按考查形式分類列舉進(jìn)行解讀：

一、基本操作環(huán)節(jié)

例1：在探究杠桿平衡條件的過(guò)程中，我們把支點(diǎn)放在質(zhì)地均勻的杠桿中間，這樣做的目的是_________；實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，并使杠桿在水平位置平衡，這樣做的好處是__________；同學(xué)們通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，得出以下數(shù)據(jù)，分析得出杠桿平衡條件是_________；請(qǐng)你應(yīng)用杠桿平衡條件，把表格中的數(shù)據(jù)填寫完整。

小光同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，在杠桿上掛了如上圖1所示的兩組鉤碼。若在不加減鉤碼的前提條件下，把左端的兩個(gè)鉤碼向右移動(dòng)______________個(gè)格，可使杠桿平衡；若在不移動(dòng)鉤碼位置的前提條件下，采用兩端同時(shí)減掉_________________的方法，也可使杠桿平衡（杠桿上相鄰刻線之間的距離相等，每個(gè)鉤碼的質(zhì)量都相同）。

解析：探究實(shí)驗(yàn)中杠桿應(yīng)選取輕質(zhì)、均勻的杠桿，并且支點(diǎn)選擇在杠桿中點(diǎn)，這樣做可以使杠桿重力的作用線通過(guò)支點(diǎn)，重力的力臂為零，避免了杠桿重力對(duì)杠桿的平衡的影響。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，并使杠桿在水平位置平衡，以便測(cè)量力臂。分析數(shù)據(jù)不難得出規(guī)律：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂。根據(jù)此規(guī)律可以得出表格中的數(shù)據(jù)，同時(shí)也能解決杠桿的再次平衡問(wèn)題，其中的格數(shù)相當(dāng)于力臂。

答案：避免杠桿自身重力對(duì)杠桿平衡的影響（或杠桿重心在支點(diǎn)上、杠桿重力作用線過(guò)支點(diǎn)）； 便于測(cè)量力臂； F1l1=F2l2（或 動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂）； 2（表格中的數(shù)據(jù)）；1；1個(gè)鉤碼

點(diǎn)評(píng)：實(shí)驗(yàn)中要注意操作的細(xì)節(jié)，無(wú)論是杠桿的平衡調(diào)節(jié)，還是器材的選擇、支點(diǎn)位置的確定、鉤碼或彈簧測(cè)力計(jì)的位置等。

練習(xí)：在探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)中：

（1）小麗把杠桿支在支架上，調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在__________位置平衡。

（2）如圖2所示，在杠桿右邊B處掛兩個(gè)相同的鉤碼，要使杠桿仍在水平位置平衡，應(yīng)在杠桿左邊A處掛__________個(gè)相同的鉤碼。

（3）如上圖3所示，用彈簧測(cè)力計(jì)在C處豎直向上拉，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)逐漸向右傾斜時(shí)，杠桿仍然在水平位置平衡，彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F ________（填“變大” 、“不變” 或“變小”），原因是________________。

答案：（1）水平； （2）三； （3）變大；拉力F的力臂變小。

二、評(píng)估交流環(huán)節(jié)

例2 ：如下圖4所示，小明在探究“杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中所用的實(shí)驗(yàn)器材有：杠桿、支架、彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺、細(xì)線和質(zhì)量相同的鉤碼若干個(gè)。

（1）實(shí)驗(yàn)前，將杠桿中點(diǎn)置于支架上，當(dāng)杠桿靜止時(shí)，發(fā)現(xiàn)杠桿右端下沉。此時(shí)，應(yīng)把杠桿兩端的平衡螺母向___________（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)，使杠桿在不掛鉤碼時(shí)，保持__________并靜止，達(dá)到平衡狀態(tài)。這樣做的好處是：便于在杠桿上直接測(cè)量_____________。

（2）杠桿調(diào)節(jié)平衡后，小明在杠桿上A點(diǎn)處掛4個(gè)鉤碼，在B點(diǎn)處掛6個(gè)鉤碼杠桿恰好在原位置平衡。于是小明便得出了杠桿的平衡條件為：___________。他這樣得出的結(jié)論是否合理？為什么？

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小明提出了新的探究問(wèn)題：“若支點(diǎn)不在杠桿的中點(diǎn)時(shí)，杠桿的平衡條件是否仍然成立？”于是小組同學(xué)利用如上圖5所示裝置進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)在杠桿左端的不同位置，用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上拉使杠桿處于平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)出的拉力大小都與杠桿平衡條件不相符。其原因是：____________________。

解析：此題重在考查對(duì)探究結(jié)論的可信度的評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)操作環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)價(jià)。（1）調(diào)節(jié)杠桿平衡的方法是“左沉右調(diào)，右沉左調(diào)”；杠桿保持水平平衡，因?yàn)殂^碼的重力是豎直向下的，力臂為杠桿本身，這樣以便直接在杠桿上測(cè)量力臂。（2）杠桿平衡條件F1 l1= F2 l2；對(duì)此結(jié)論得出雖然與事實(shí)相符，但只通過(guò)一次實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)論不具有普遍性。

答案：（1）左；水平；力臂。（2）F1 l1= F2 l2；不合理；結(jié)論具有偶然性（結(jié)論沒(méi)有普遍性）。（3）杠桿自重的影響。

點(diǎn)評(píng)：如果在探究過(guò)程中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，就要注意評(píng)估出現(xiàn)這種異?，F(xiàn)象的原因是什么，從而排除故障繼續(xù)進(jìn)行有效的探究。對(duì)于評(píng)估的范圍很廣，可以評(píng)估優(yōu)點(diǎn)，也可以評(píng)價(jià)缺點(diǎn)。可以評(píng)估探究過(guò)程，也可以評(píng)估探究結(jié)果。因此要多方面地掌握評(píng)估的類別和方法，注意其科學(xué)性、可行性、評(píng)估操作行為的規(guī)范性、評(píng)估數(shù)據(jù)的可靠性等。

練習(xí)：（2011年江蘇省連云港市）在“探究杠桿的平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中：

（1）在沒(méi)有掛鉤碼時(shí)杠桿的平衡位置如下圖（甲）所示。為使杠桿在水平位置平衡，應(yīng)將杠桿左端螺母向_______邊旋一些（選填“左“或“右”）。

（2）調(diào)好后，第一組按上圖（乙）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，第二組按上圖（丙）進(jìn)行實(shí)驗(yàn).你認(rèn)為第___組實(shí)驗(yàn)更好，理由是_________。

答案：右；二；便于從杠桿上直接讀出力臂

三、分析與論證環(huán)節(jié)

例3：探究杠桿的平衡條件（1）如下圖7所示，若杠桿在使用前左端低，右端高，要使它在水平位置平衡，應(yīng)將杠桿右端的螺母向（填“左”或“右”）調(diào)節(jié)至平衡。杠桿平衡后，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，（填“可以”或“不可以”）再旋動(dòng)兩側(cè)的螺母。

（2）下列實(shí)驗(yàn)步驟中：

A.調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡。

B.計(jì)算每次實(shí)驗(yàn)中F1 l1和F2 l2的大小，根據(jù)計(jì)算結(jié)果得出杠桿的平衡條件。

C.改變鉤碼的個(gè)數(shù)和位置，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

D.記下動(dòng)力F1、動(dòng)力臂l1、阻力F2和阻力臂l2的大小，將數(shù)據(jù)填入表格中。

E.將鉤碼掛在杠桿的支上點(diǎn)兩邊，先改變動(dòng)力或動(dòng)力臂的大小，然后調(diào)節(jié)阻力或阻力臂的大小，使杠桿在水平位置重新平衡。

正確的順序是_________________________。

（3）每個(gè)鉤碼重1N，杠桿上每格長(zhǎng)度是4cm。下表是某同學(xué)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

分析上述數(shù)據(jù)，可得出的杠桿的平衡條件是：

（4）上圖中，杠桿在水平位置平衡，如果這時(shí)在兩側(cè)鉤碼下各增加一個(gè)相同的鉤碼，杠桿的____________端將下沉。

解析：此題重在對(duì)數(shù)據(jù)的處理與分析得出結(jié)論的考查，對(duì)于表格類數(shù)據(jù)的歸納，一般要考慮分析歸納的依據(jù)、分析歸納的條件和分析歸納的結(jié)論。（1）調(diào)節(jié)杠桿平衡的方法是“左沉右調(diào)，右沉左調(diào)”；（2）操作的步驟不難得出是“調(diào)平、掛碼、測(cè)量、記數(shù)、重做、歸納”；（3）通過(guò)觀察表格中的物理量和相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，要學(xué)會(huì)歸納，找到普遍性的規(guī)律，在定量分析數(shù)據(jù)時(shí)，要學(xué)會(huì)運(yùn)用“加減乘除”等方式進(jìn)行分析、歸納，從表格中可以看出給定的物理量有4個(gè)，并且是不同物理量，因此采取乘除的方式歸納，即分別計(jì)算出每組動(dòng)力×動(dòng)力臂和阻力×阻力臂，經(jīng)過(guò)比較每一組的動(dòng)力和動(dòng)力臂乘積與阻力和阻力臂的乘積都相等不難得出結(jié)論為：F1 l1= F2 l2 ； （4）杠桿是否平衡或者向哪邊下沉，取決于力和力臂乘積的大小，看圖可知左力臂長(zhǎng)，因此增加的力和力臂乘積大，因此向左端下沉。

答案：右；不可以；（2）AEDCB； （3）F1 l1= F2 l2； （4）左。

點(diǎn)評(píng)：在分析與論證時(shí)，如何處理數(shù)據(jù)、現(xiàn)象等問(wèn)題是關(guān)鍵，對(duì)測(cè)量并記錄的真實(shí)、準(zhǔn)確、全面的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理是尋找物理規(guī)律、獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)論的重要途徑。對(duì)于數(shù)據(jù)表格類的，要將收集到的數(shù)據(jù)通過(guò)加、減、乘、除等運(yùn)算得出物理量之間的數(shù)量的關(guān)系，也要注意控制變量法的思想進(jìn)行科學(xué)的敘述和總結(jié)。

四、實(shí)驗(yàn)糾錯(cuò)環(huán)節(jié)

例4：在我市物理實(shí)驗(yàn)操作考試中，考評(píng)教師針對(duì)“探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)”，記錄了甲、乙同學(xué)的操作過(guò)程(如下頁(yè)表)，他們的實(shí)驗(yàn)步驟中均因?yàn)榇嬖阱e(cuò)誤而失分。請(qǐng)你指出錯(cuò)誤的步驟，并說(shuō)明失分原因。

甲同學(xué)：錯(cuò)誤步驟________(填序號(hào))；失分原因________________________________。

乙同學(xué)：錯(cuò)誤步驟_______ (填序號(hào))；失分原因________________________________。

解析：對(duì)于杠桿平衡實(shí)驗(yàn)中，開(kāi)始通過(guò)調(diào)節(jié)平衡螺母使杠桿平衡，然后加掛鉤碼后，就不能再通過(guò)平衡螺母的調(diào)節(jié)來(lái)使杠桿平衡，因?yàn)檫@相當(dāng)于在杠桿上又多改變了其他物理量。乙同學(xué)操作中，兩次平衡的位置不同，不符控制變量的思想，開(kāi)始和結(jié)束都應(yīng)該在水平位置平衡。

答案：甲：2；靠調(diào)節(jié)平衡螺母使杠桿恢復(fù)平衡。

乙：1；實(shí)驗(yàn)初始，沒(méi)有調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡。

點(diǎn)評(píng)：糾錯(cuò)類這類問(wèn)題很多，從實(shí)驗(yàn)操作方面、實(shí)驗(yàn)器材的選取方面、從數(shù)據(jù)的處理方面等進(jìn)行糾錯(cuò)、找缺點(diǎn)然后改進(jìn)，對(duì)待這些問(wèn)題，要理解和掌握所學(xué)的知識(shí)，比如天平的使用方法和注意事項(xiàng)等，這樣才能從容應(yīng)對(duì)這類問(wèn)題。

練習(xí)1：在科學(xué)研究中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)密性和操作的規(guī)范性都是確保獲得正確結(jié)論的前提。

如圖8所示，在 “研究杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)鉤碼重0.5N，彈簧測(cè)力計(jì)拉著杠桿并使之在水平位置平衡。讀數(shù)并計(jì)算后發(fā)現(xiàn)結(jié)果與平衡條件不符。該實(shí)驗(yàn)操作的不規(guī)范之處是__________。

答案：彈簧秤沒(méi)有沿豎直方向拉（彈簧秤沒(méi)有與杠桿垂直）

練習(xí)2：在探究“杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中：

（1）某同學(xué)將杠桿懸掛起來(lái)，發(fā)現(xiàn)杠桿的右端低，左端高，他應(yīng)該將杠桿兩端的平衡螺母向________________調(diào)節(jié)，使杠桿在__________________位置平衡。

（2）在杠桿兩端掛鉤碼，不斷改變動(dòng)力或動(dòng)力臂的大小，調(diào)節(jié)阻力或阻力臂的大小，使杠桿在原來(lái)的位置重新平衡，記錄數(shù)據(jù)如下表：

根據(jù)表中的數(shù)據(jù)你得出杠桿的平衡條件是：___________________________________。

（3）根據(jù)第2次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有同學(xué)得出杠桿的平衡條件是：動(dòng)力＋動(dòng)力臂＝阻力＋阻力臂。他得出此錯(cuò)誤結(jié)論的原因是：___________________________________。

參考答案：

（1）左，水平位置；（2）F1L1=F2L2（動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂）；（3）將不同的物理量進(jìn)行了加法運(yùn)算

五、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

例5：用細(xì)線拴住一端粗、一端細(xì)的實(shí)心胡蘿卜并懸掛起來(lái)，靜止后胡蘿卜的軸線水平，如下圖9所示；在拴線處沿豎直方向?qū)⒑}卜切成A、B兩段．A、B哪段重些呢？甲、乙、丙三個(gè)同學(xué)提出各自的猜想：

甲： A較重；

乙： B較重；

丙： A、B一樣重．

（1）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)，判斷A、B的輕重．

所用器材：___________________________________

操作方法：___________________________________

現(xiàn)象及結(jié)論：___________________________________

（2）為進(jìn)一步研究類似A、B輕重的問(wèn)題，某同學(xué)在一根有等間距刻度的均勻杠桿兩側(cè)掛上每個(gè)質(zhì)量都相等的鉤碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn).杠桿靜止于水平狀態(tài)的三次實(shí)驗(yàn)情境如圖10所示。

①根據(jù)上圖10的實(shí)驗(yàn)，可以判斷_______同學(xué)的猜想是正確的（填“甲”、“乙”或“丙”）。

②根據(jù)上圖10的實(shí)驗(yàn)，該同學(xué)得出結(jié)論：

只要滿足“阻力×阻力作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離=動(dòng)力×動(dòng)力作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離”，杠桿就能平衡。

a．這個(gè)結(jié)論是否正確？

b．用上圖11所示的裝置，怎樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明該結(jié)論是否正確．

解析：（1）由于比較質(zhì)量，所以可以直接利用天平進(jìn)行測(cè)量比較。（2）根據(jù)力臂越短力越大，可知重端長(zhǎng)度短，故甲猜想正確。只是通過(guò)杠桿水平位置和鉤碼的重力來(lái)研究杠桿平衡條件具有特殊性，不具有普遍性，應(yīng)該改變力的方向進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)才能獲得普遍性規(guī)律，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)重在利用彈簧測(cè)力計(jì)來(lái)改變方向進(jìn)行驗(yàn)證結(jié)論的正確性。

答案：（1）天平；將天平調(diào)節(jié)平衡，把A、B兩段蘿卜分別放入天平的左右兩盤中；天平的指針向哪邊偏轉(zhuǎn)，哪段蘿卜就重（2）甲。

a.不正確。

b.1.將彈簧測(cè)力計(jì)斜向右（或斜向左）拉，保持杠桿水平平衡。

2.讀出動(dòng)力：測(cè)力計(jì)的示數(shù)Ｆ１；量出動(dòng)力作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離l1。

3. 用測(cè)力計(jì)測(cè)出三個(gè)鉤碼的重力即阻力大?。疲?，量出阻力作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離l2 。

４.計(jì)算Ｆ１×l1的值與Ｆ２×l2的值，再進(jìn)行比較，可以得出上述結(jié)論不正確。

點(diǎn)評(píng)：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是對(duì)猜想和假設(shè)的問(wèn)題進(jìn)行檢驗(yàn)方法的具體化，在設(shè)計(jì)的方案過(guò)程中，必須按照猜想的路線進(jìn)行探究，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)具備的原則：科學(xué)性、安全性、精確性、可操作性。

練習(xí)：同學(xué)們利用右上圖13裝置驗(yàn)證“杠桿的平衡條件”，實(shí)驗(yàn)中記錄的數(shù)據(jù)如下：

（1）寫出分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的具體過(guò)程及驗(yàn)證的結(jié)果。

（2）杠桿在生活中有很多應(yīng)用。如上圖14所示，現(xiàn)欲使靜止的蹺蹺板發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，可采取的做法是_______，并說(shuō)出能驅(qū)使蹺蹺板發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的條件_______。

綜合練習(xí)：小強(qiáng)在驗(yàn)證杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)中：

（1）實(shí)驗(yàn)前沒(méi)有掛鉤碼和彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)杠桿左端高右端低，要使其在水平位置平衡，應(yīng)將杠桿左端的平衡螺母向_______調(diào)節(jié)，這一調(diào)節(jié)過(guò)程的目的是為了使杠桿的 對(duì)杠桿平衡不產(chǎn)生影響，這時(shí)杠桿重力的力臂為 _______。

（2）在下圖15中，杠桿水平平衡后，小強(qiáng)調(diào)節(jié)左邊鉤碼的個(gè)數(shù)和位置，使杠桿水平平衡時(shí)，測(cè)出F1=1.2N，F(xiàn)2=1.5N；OA=30cm，OB=20cm。他將所得數(shù)據(jù)直接代入杠桿平衡條件的公式中，發(fā)現(xiàn)F1×OA和F2×OB并不相等，從而認(rèn)為杠桿的平衡條件不一定是F1 l1= F2 l2。小強(qiáng)的失誤是_______.

（3）在下圖15中，若B處的鉤碼不變，小強(qiáng)將彈簧測(cè)力計(jì)由A處移到C（OC=10cm）處，施加一個(gè)豎直方向的力，使杠桿在水平位置平衡，則這個(gè)力的方向應(yīng)_______，大小為_(kāi)______N。

（4）在上圖15中，若B處的鉤碼不變，小強(qiáng)不用彈簧測(cè)力計(jì)，在A處掛_______N的鉤碼，杠桿在水平位置仍然平衡。

參考答案：（1）左（外） ，重力，0。

（2）把OA 當(dāng)成了F1 的力臂（或：把F1的力臂弄錯(cuò)了）。

（3）豎直向上，3。

（4） 1。

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編輯/張燁