Лабораторная работа по физике 7 класс «Выяснение условия равновесия рычага» показывает, что рычаг стоит ровно, когда моменты сил равны. Ты вешаешь грузы на разные расстояния от оси, подбираешь равновесие и проверяешь, что произведения «сила на плечо» совпадают. Ниже цель, ход, таблица, образец вывода и ошибки с плечами.
Номер в учебнике. В издании И. М. Перышкин, А. И. Иванов. Физика. 7 класс. Базовый уровень, 6-е изд., Просвещение, 2026 (с. 220–221) это работа № 11. В учебниках других лет у неё свой номер, а название почти всегда то же: «условие равновесия рычага».
Цель и приборы
Цель: проверить, что рычаг в равновесии при равенстве моментов сил, и что силы обратно пропорциональны плечам.
Приборы: рычаг на штативе, шесть грузов по 100 г (вес каждого 1 Н), линейка с миллиметровыми делениями, динамометр. В комплекте № 6 ОГЭ рычаг имеет не меньше двух петель с каждой стороны от оси, динамометр на 5 Н с ценой деления 0,1 Н и линейку 300 мм.
В нашей установке «Рычаг и моменты сил» есть станция «Рычаг» и отдельный режим «Рычаг № 11» для этой лабораторной. Справа стоит формула F₁·l₁ = F₂·l₂ с числами твоего опыта, слева весы моментов.
Ход работы
- Проверь, что пустой рычаг стоит горизонтально. Если нет, выровняй его гайками на концах.
- Подвесь слева 2 груза на расстоянии 12 см от оси.
- Справа подвешивай по очереди 1, 2 и 3 груза и каждый раз двигай их, пока рычаг не встанет горизонтально.
- Линейкой измерь плечи: расстояния от оси до точек подвеса (до линии действия силы).
- Найди отношения F₁/F₂ и l₂/l₁ и моменты M₁ = F₁·l₁ и M₂ = F₂·l₂ в Н·м.
- Дополнительно: сними левые грузы, подвесь справа 2 груза на 5 см от оси, а на 20 см справа потяни динамометром вверх и найди силу, при которой рычаг стоит ровно.
Таблица измерений
Шаблон для тетради. Плечи измеряй в сантиметрах с погрешностью 1 мм = 0,1 см, а моменты записывай в Н·м (переведи сантиметры в метры).
| Опыт | F₁, Н | l₁, см | F₂, Н | l₂, см | F₁/F₂ | l₂/l₁ | M₁, Н·м | M₂, Н·м |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | ||||||||
| 2 | ||||||||
| 3 | ||||||||
| 4 (динамометр) |
Силы грузов можно брать как 1 Н на каждые 100 г и писать без погрешности; погрешность даёт отсчёт плеча.
Как оформить вывод
Образец (числа учебные): «Слева 2 Н на плече 12 см: M₁ = 0,24 Н·м. Справа 1 Н на 24 см, 2 Н на 12 см и 3 Н на 8 см: во всех случаях M₂ = 0,24 Н·м. При этом F₁/F₂ равно l₂/l₁ (например, 2 и 2 для 2 Н на 12 см и 1 Н на 24 см). С динамометром: 2 Н на 5 см даёт 0,10 Н·м, и 0,5 Н вверх на 20 см даёт те же 0,10 Н·м. Вывод: рычаг находится в равновесии, когда моменты сил равны, а силы обратно пропорциональны плечам.»
Шаблон: «M₁ = … Н·м, M₂ = … Н·м, они … в пределах погрешности. Отношение сил … равно отношению плеч … . Вывод: условие равновесия рычага … .»
Где ошибаются
- Плечо считают от груза до груза. Плечо — расстояние от оси до линии действия силы.
- Не выровняли пустой рычаг. Тогда он создаёт свой момент, и равенство моментов нарушается.
- Тянут динамометр под углом. При наклонной нити плечо короче, и сила нужна другая. Тяни строго вертикально.
- Смешивают сантиметры и метры. Момент в Н·м считай при плечах в метрах.
- Не замечают знак. Силы, которые вращают рычаг в разные стороны, уравновешивают друг друга: один момент считай «по часовой», другой «против».
Шпаргалка за 30 секунд
Равновесие
- Формула
- F₁·l₁ = F₂·l₂ (M₁ = M₂)
- Ловушка
- считать плечо между грузами
Выигрыш в силе
- Формула
- F₁/F₂ = l₂/l₁
- Ловушка
- перепутать числитель и знаменатель
Момент
- Формула
- M = F·l, Н·м
- Ловушка
- подставить сантиметры вместо метров
Типичная ошибка в выводе: написать «рычаг в равновесии, когда силы равны». Равны не силы, а моменты сил.
Контрольные вопросы
- Что такое плечо силы? Кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы.
- Что значит «рычаг в равновесии»? Он стоит горизонтально и не поворачивается: моменты сил, вращающих его в разные стороны, равны.
- Во сколько раз надо увеличить плечо, чтобы вдвое уменьшить нужную силу? В два раза: силы обратно пропорциональны плечам.
- Зачем нужен динамометр в дополнительном опыте? Он заменяет грузы: показывает силу, которой нужно тянуть вверх для равновесия.
- Почему динамометр нужно тянуть вертикально? При наклоне плечо силы становится короче.
Следующий шаг: открой установку «Рычаг и моменты сил», режим «Рычаг № 11», и найди равновесие сам. Тема подробнее разобрана в блоках и рычагах 7 класс, а следующая по списку работа — КПД наклонной плоскости. На экзамене такой опыт ставят в 17 задании ОГЭ физика на комплекте № 6. Если моменты у тебя не сходятся даже с учётом погрешности, принеси таблицу на пробное занятие по физике.