Question

在抗震救災(zāi)中，為了從垮塌的建筑中盡快地實(shí)施救援，營救生命，使用到了大量的汽車起重機(jī)．正在家中復(fù)習(xí)的小陳同學(xué)看到救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的救援畫面后，在感動(dòng)之余，找來了一臺(tái)玩具汽車起重機(jī)，進(jìn)行了探究．
小陳要探究的問題是：起重機(jī)吊起的重物靜止在空中時(shí)：①支撐臂對(duì)起重臂的作用力大��；②水平地面受到的起重機(jī)的壓強(qiáng)．
為此，小陳除起重機(jī)外，還準(zhǔn)備了以下器材：重物、彈簧測(cè)力計(jì)、棉線、面積足夠大的坐標(biāo)紙、墨水、毛筆、復(fù)寫紙．
（1）要完成他的探究，上述器材中還應(yīng)該增加的是

 

．
（2）為完成問題①的探究，需要測(cè)量力臂．請(qǐng)你在圖17中作出支撐臂CD對(duì)起重臂AB的作用力F的力臂，其中O點(diǎn)是支點(diǎn)．（溫馨提示：千萬別忘了在圖中畫出來喲�。�
（3）在問題②的探究中，針對(duì)接觸面積的測(cè)量中遇到的困難，小陳設(shè)計(jì)了兩套實(shí)驗(yàn)方案．
方案一的實(shí)驗(yàn)步驟為：
A．用棉線拴牢重物，用彈簧測(cè)力計(jì)分別測(cè)量出起重機(jī)的重力G₁、重物的重力G₂；
B．將重物掛在起重機(jī)的掛鉤上，如圖17所示；
C．在水平地面上從下往上依次鋪放坐標(biāo)紙、復(fù)寫紙，然后將起重機(jī)平放在復(fù)寫紙上，保持整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)；
D．取走起重機(jī)，根據(jù)輪胎和支架在坐標(biāo)紙上留下的印跡，計(jì)算出起重機(jī)（包括輪胎和支架）與水平地面的接觸面積S；
E．求出水平地面受到的起重機(jī)的壓強(qiáng)p=

 

．
方案二與方案一只有步驟C不同，請(qǐng)你根據(jù)小陳準(zhǔn)備的器材完成步驟C
C．在水平地面上鋪上坐標(biāo)紙，接著用毛筆在起重機(jī)的輪胎和支架上涂上墨水，然后將起重機(jī)平放在坐標(biāo)紙上，保持整個(gè)裝置處于

 

狀態(tài)．
（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小陳對(duì)問題②的探究中接觸面積的測(cè)量仍然感到不夠滿意，認(rèn)為測(cè)量不夠準(zhǔn)確．請(qǐng)你任選一種方案，簡(jiǎn)略指出其測(cè)量不夠準(zhǔn)確的原因：

 

．
（5）在實(shí)際救災(zāi)中，一次利用汽車起重機(jī)吊起2×10⁴N的重物，支撐臂CD對(duì)起重臂AB的作用力F的力臂是0.8m，重物的力臂是3.2m，求力F的大小．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)小陳要探究支撐臂對(duì)起重臂的作用力大��；原理是杠桿平衡的條件，那么實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測(cè)量的物理量是長(zhǎng)度和作圖使用的直尺；探究水平地面受到的起重機(jī)的壓強(qiáng)時(shí)，根據(jù)壓強(qiáng)公式，受力面積也需要通過測(cè)量長(zhǎng)、寬得出．
（2）已知杠桿OB的支點(diǎn)、支撐臂CD對(duì)起重臂OB的作用力F的方向，根據(jù)力臂的定義，過支點(diǎn)O作力F的作用線的垂線段，即為需要測(cè)量力臂．
（3）起重機(jī)平放在水平地面上，處于靜止?fàn)顟B(tài)，壓力是由起重機(jī)和重物的重力而產(chǎn)生；所以利用壓強(qiáng)公式P=FS可求得．
 根據(jù)方案一中步驟C的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模捍_定地面的受力面積的大小，設(shè)計(jì)一個(gè)能找出受力面的方法即可．
（4）分析論證方案一和方案二的實(shí)驗(yàn)誤差，找出產(chǎn)生這一誤差的因素，即為測(cè)量不夠準(zhǔn)確的原因．
（5）根據(jù)杠桿平衡條件：F?l_F=G?l_G即可求出力F的大�。�

解答：解（1）小陳在起重機(jī)吊起的重物靜止在空中時(shí)，要探究的問題是：
①支撐臂對(duì)起重臂的作用力大�。�
②水平地面受到的起重機(jī)的壓強(qiáng)；根據(jù)杠桿平衡的條件和壓強(qiáng)公式，實(shí)驗(yàn)時(shí)前一個(gè)需要測(cè)力臂和作圖；
后一個(gè)需要測(cè)量長(zhǎng)、寬求出地面的受力面積，這樣都需要使用測(cè)量長(zhǎng)度的工具---刻度尺（或三角板）．
故答案為：刻度尺（或三角板）．
（2）過杠桿OB的支點(diǎn)O作支撐臂CD對(duì)起重臂OB的作用力F作用線的垂直線段，即需要測(cè)量的力臂L．如圖所示：
（3）起重機(jī)平放在水平地面上，處于靜止?fàn)顟B(tài)，水平地面上的壓力是由起重機(jī)和重物的重力而產(chǎn)生；
所以F=G₁+G₂，利用壓強(qiáng)公式P=

F

s

可得：P=

F

s

=

G

s

=

G1+G2

s

．
根據(jù)方案一中步驟C的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模焊鶕?jù)輪胎和支架在坐標(biāo)紙上留下的印跡，確定地面的受力面積的大小，所以根據(jù)這一目的，設(shè)計(jì)一個(gè)利用墨水對(duì)受力面積做出印記的方法；具體方法是：
在水平地面上鋪上坐標(biāo)紙，接著用毛筆在起重機(jī)的輪胎和支架上涂上墨水，然后將起重機(jī)平放在坐標(biāo)紙上，保持整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)．
故答案為：

G1+G2

s

；靜止．
（4）方案一和方案二的實(shí)驗(yàn)，主要是對(duì)受力面積的測(cè)量，受力面積的確定的準(zhǔn)確程度是這一實(shí)驗(yàn)測(cè)量不夠準(zhǔn)確的原主要原因，即：
在方案一中，由于玩具汽車起重機(jī)（包括重物）較輕，導(dǎo)致其在復(fù)寫紙上的印跡不夠清晰；
在方案二中，由于墨水涂抹不均勻，導(dǎo)致印跡太深、太淺或者浸染到坐標(biāo)紙上接觸處以外的地方．
故答案為：在方案二中，由于墨水涂抹不均勻，導(dǎo)致印跡太深、太淺或者浸染到坐標(biāo)紙上接觸處以外的地方．
（5）根據(jù)杠桿平衡條件：F?l_F=G?l_G
F×0.8m=2×10⁴N×3.2m
F=8×10⁴N．
答：力F的大小為8×10⁴N．

點(diǎn)評(píng)：本題考查知識(shí)點(diǎn)較多，分步逐個(gè)分析解答即可，此題有一定的拔高難度，注意實(shí)驗(yàn)誤差的一般是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量準(zhǔn)確程度引起的．