【中考物理】自制杆秤考点与刻度均匀性分析

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【中考物理】自制杆秤考点与刻度均匀性分析
杆秤制作是人教版新版教材第12章第2节跨学科实践的内容,其本质原理为杠杆原理。但因为其跟现实联系紧密,而且当前学生日常通常接触不到杆秤,而且有可能考查较深,所以一旦考查还是有一定难度的
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本文主要分3条介绍:
1.秤砣的质量和杆秤的称量;
2.定盘星分析;
3.秤杆刻度均匀性分析。
第一个问题,秤砣质量不同于秤的称量,如一秤砣质量为1kg,仅指秤砣本身的质量,秤的称量比秤砣质量要大得多。根据杠杠原理,秤的称量跟两个力的力臂的比值有关。现实说某个秤砣是200斤的,是指用这个秤砣可以称的最大称量为200斤。
第二个问题,现实中定盘星不一定在秤砣那一侧,特别是用大称量提钮时。如下图所示,当杆秤称量越大,则需要AB越短,考虑到杆秤自身重力,定盘星理论上甚至应该出现在AB之外。
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第三个问题,杆秤刻度均匀天平是等臂杠杆,跟杆秤一样都是杠杆原理,所以游码刻度也是均匀的。
所谓刻度均匀,可以数学上的线性关系进行判断。只要两个量之间为成线形关系,据此相关的刻度即是均匀的。数学上的一次函数y=kx+b,在坐标轴上成直线,y和x就是线性关系。

在此补充两点:(1)当b=0时,为正比例函数,为一次函数的特殊情况,也是线性关系。(2)y和x是互成线性关系,若将x化成关于y的函数,也是一次函数形式。

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只要成线性关系,刻度必然均匀。当成正比例函数时,刻度不仅均匀,而且零刻度线重合。

以下以杆秤为例分析,如图,杆秤O可看作支点。

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物体重力为G1,力臂为OA=L1;秤杆及秤盘的总重力为G0,整体重心为B,力臂为OB=L0;秤砣质量G,力臂为OC=L。以上只有G1和L是变量,根据杠杆平衡条件,满足关系

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经推导可以得出,对应一次函数中的

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可见物体重力和秤砣的力臂L成线性关系,也就是刻度均匀。如果用质量分析,也是将G=mg进行换算,结论是一致的。

可见杆秤刻度是均匀的,而且跟秤杆的粗细无关,即便粗细不均也不影响其刻度均匀。

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