Question

在抗震救災中，為了從垮塌的建筑中盡快地實施救援，營救生命，使用到了大量的汽車起重機．正在家中復習的小陳同學看到救災現場的救援畫面后，在感動之余，找來了一臺玩具汽車起重機，進行了探究．
小陳要探究的問題是：起重機吊起的重物靜止在空中時：①支撐臂對起重臂的作用力大小；②水平地面受到的起重機的壓強．
為此，小陳除起重機外，還準備了以下器材：重物、彈簧測力計、棉線、面積足夠大的坐標紙、墨水、毛筆、復寫紙．
（1）要完成他的探究，上述器材中還應該增加的是

 

．
（2）為完成問題①的探究，需要測量力臂．請你在圖17中作出支撐臂CD對起重臂AB的作用力F的力臂，其中O點是支點．（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，針對接觸面積的測量中遇到的困難，小陳設計了兩套實驗方案．
方案一的實驗步驟為：
A．用棉線拴牢重物，用彈簧測力計分別測量出起重機的重力G₁、重物的重力G₂；
B．將重物掛在起重機的掛鉤上，如圖17所示；
C．在水平地面上從下往上依次鋪放坐標紙、復寫紙，然后將起重機平放在復寫紙上，保持整個裝置處于靜止狀態；
D．取走起重機，根據輪胎和支架在坐標紙上留下的印跡，計算出起重機（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的壓強p=

 

．
方案二與方案一只有步驟C不同，請你根據小陳準備的器材完成步驟C
C．在水平地面上鋪上坐標紙，接著用毛筆在起重機的輪胎和支架上涂上墨水，然后將起重機平放在坐標紙上，保持整個裝置處于

 

狀態．
（4）實驗結束后，小陳對問題②的探究中接觸面積的測量仍然感到不夠滿意，認為測量不夠準確．請你任選一種方案，簡略指出其測量不夠準確的原因：

 

．
（5）在實際救災中，一次利用汽車起重機吊起2×10⁴N的重物，支撐臂CD對起重臂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）根據小陳要探究支撐臂對起重臂的作用力大小；原理是杠桿平衡的條件，那么實驗時需要測量的物理量是長度和作圖使用的直尺；探究水平地面受到的起重機的壓強時，根據壓強公式，受力面積也需要通過測量長、寬得出．
（2）已知杠桿OB的支點、支撐臂CD對起重臂OB的作用力F的方向，根據力臂的定義，過支點O作力F的作用線的垂線段，即為需要測量力臂．
（3）起重機平放在水平地面上，處于靜止狀態，壓力是由起重機和重物的重力而產生；所以利用壓強公式P=FS可求得．
 根據方案一中步驟C的實驗目的：確定地面的受力面積的大小，設計一個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驗誤差，找出產生這一誤差的因素，即為測量不夠準確的原因．
（5）根據杠桿平衡條件：F?l_F=G?l_G即可求出力F的大小．

解答：解（1）小陳在起重機吊起的重物靜止在空中時，要探究的問題是：
①支撐臂對起重臂的作用力大小；
②水平地面受到的起重機的壓強；根據杠桿平衡的條件和壓強公式，實驗時前一個需要測力臂和作圖；
后一個需要測量長、寬求出地面的受力面積，這樣都需要使用測量長度的工具---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O作支撐臂CD對起重臂OB的作用力F作用線的垂直線段，即需要測量的力臂L．如圖所示：
（3）起重機平放在水平地面上，處于靜止狀態，水平地面上的壓力是由起重機和重物的重力而產生；
所以F=G₁+G₂，利用壓強公式P=

F

s

可得：P=

F

s

=

G

s

=

G1+G2

s

．
根據方案一中步驟C的實驗目的：根據輪胎和支架在坐標紙上留下的印跡，確定地面的受力面積的大小，所以根據這一目的，設計一個利用墨水對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紙，接著用毛筆在起重機的輪胎和支架上涂上墨水，然后將起重機平放在坐標紙上，保持整個裝置處于靜止狀態．
故答案為：

G1+G2

s

；靜止．
（4）方案一和方案二的實驗，主要是對受力面積的測量，受力面積的確定的準確程度是這一實驗測量不夠準確的原主要原因，即：
在方案一中，由于玩具汽車起重機（包括重物）較輕，導致其在復寫紙上的印跡不夠清晰；
在方案二中，由于墨水涂抹不均勻，導致印跡太深、太淺或者浸染到坐標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，導致印跡太深、太淺或者浸染到坐標紙上接觸處以外的地方．
（5）根據杠桿平衡條件：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．

點評：本題考查知識點較多，分步逐個分析解答即可，此題有一定的拔高難度，注意實驗誤差的一般是實驗數據的測量準確程度引起的．