下列是科学项目化学习小组探究杠杆平衡条件的实验过程(本实验均使用轻质杠杆)。
实验1:在直杠杆水平平衡时(如图甲所示)进行实验,记录多组数据。得出:F1×s1=F2×s2(注:s1和s2分别表示支点到F1和F2的作用点的距离)。在直杠杆倾斜平衡时(如图乙所示)进行实验,也得到了同样的结论。
该结论适用于所有平衡时的杠杆吗?
实验2:小组同学用一侧弯曲的杠杆进行如图丙所示的实验,移动钩码,改变钩码数量,记录数据如表,分析表格数据发现上述结论并不成立,但发现一个新的等量关系,即:(待填)。
实验次数 | F1/N | s1/cm | F2/N | s2/cm | l2/cm |
1 | 1.0 | 10.0 | 0.5 | 21.3 | 20.1 |
2 | 1.5 | 20.0 | 1.0 | 31.7 | 29.8 |
3 | 2.0 | 30.0 | 2.5 | 25.5 | 24.0 |
s和l(支点到力的作用线的距离)这两个量在研究杠杆平衡条件时,哪个量才是有价值的呢?学习小组的同学观察到:支点到F的作用点的距离(s1)与支点到F1的作用线的距离(l1)是相等的。小组同学又进行了实验。
实验 3:
①移动钩码,使杠杆 待填) , 并使杠杆处于平衡状态。
②记录F1、s1、l1和F2、s2、l2。
③改变钩码数量,移动钩码,记录杠杆处于平衡时的多组F1、s1、l1和F2、s2、l2。
④分析实验数据,得出弯杠杆的平衡条件。
最后,通过科学思维,得出所有杠杆的平衡条件都是:F1×l1=F2×l2。
杠杆的平衡条件可用于解释许多杠杆应用,如用图1方式提升物体比用图2方式省力,就可用杠杆的平衡条件作出合理解释。
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