20 (6分)小飞用如图甲所示的装置来探究杠杆的平衡条件,设弹簧测力计和钩码对杠杆的拉力分别为动力$F_1$和阻力$F_2$,$l_1$和$l_2$分别表示动力臂和阻力臂。他的实验思路是改变$F_2$、$l_1$和$l_2$,测得杠杆平衡时所需的拉力$F_1$,来寻找$F_1$、$F_2$、$l_1$和$l_2$四个物理量之间的关系。已知实验前已调节杠杆在水平位置平衡,弹簧测力计的量程为0~5 N,杠杆上每一格长10 cm。
（1）为便于测量力臂,弹簧测力计应沿
竖直
方向拉杠杆,并使之在
水平
位置平衡。
（2）小飞首先保持$F_2$和$l_1$不变而改变$l_2$,所获得的实验数据如表所示,第1次实验中弹簧测力计示数的放大图如图乙所示,则$F_1=$
4.4
N,此时杠杆的类型与
筷子
(筷子/老虎钳)相同。
（3）为获得多组数据,小飞继续进行(2)中实验,则为能顺利完成实验,在改变阻力臂$l_2$时,$l_2$应不超过
37.5
cm;完成上述实验后,小飞接下来还应进行的实验有①保持
$l_1$和$l_2$
不变而改变$F_2$;②保持$F_2$和$l_2$不变而改变$l_1$。
解析：
【分析】
本题为探究杠杆平衡条件的实验题，解题思路如下：
1. 第一问：明确实验中使杠杆水平平衡、弹簧测力计竖直拉的目的是方便测量力臂，这是实验的基础操作要点。
2. 第二问：先根据弹簧测力计分度值读数，再结合杠杆平衡条件，通过动力臂与阻力臂的大小关系判断杠杆类型，区分费力杠杆和省力杠杆的特点。
3. 第三问：利用杠杆平衡条件，结合弹簧测力计的最大量程计算最大阻力臂；探究杠杆平衡条件需多次改变变量，明确实验中需控制的变量，确保实验结论的普遍性。
【解析】
（1）实验时，为便于测量力臂，需使杠杆在水平位置平衡，此时力的方向竖直，力臂与杠杆重合，因此弹簧测力计应沿竖直方向拉杠杆，使之在水平位置平衡。
（2）弹簧测力计分度值为0.2N，由图乙可知示数为4.4N；根据杠杆平衡条件$F_1l_1=F_2l_2$，此时动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，筷子是费力杠杆，老虎钳是省力杠杆，因此与筷子相同。
（3）弹簧测力计最大量程为0~5N，即最大拉力$F_1=5N$。根据杠杆平衡条件$F_1l_1=F_2l_2$，可得$l_2=\frac{F_1l_1}{F_2}$，结合实验中$F_2$和$l_1$的乘积为定值，计算得$l_2$最大为37.5cm；探究杠杆平衡条件时，需多次改变变量，因此还应保持$l_1$和$l_2$不变而改变$F_2$，以寻找普遍规律。
【答案】
(1) 竖直 水平
(2) 4.4 筷子
(3) 37.5 $l_1$和$l_2$
【知识点】
杠杆的平衡条件，杠杆的分类，探究杠杆平衡条件的实验
【点评】
本题是力学实验的经典题型，考查探究杠杆平衡条件的核心要点，涵盖实验操作、仪器读数、杠杆类型判断及公式应用，需学生掌握实验的基本思路和规律，难度适中。
【难度系数】
0.5
