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200
变小
$G$
右端
气球膨胀，根据阿基米德原理，气球受到的浮力变大，左端细线作用在杠杆上的力变小，由杠杆的平衡条件可知，左端力与力臂之积小于右端力与力臂之积
从小桶内取出
$G_0$
$G-\frac{GL}{L_0}$
采用④中的方法
二更合理由于钩码的质量是成整数倍增加或减小，通过增加或减少钩码不能使杠杆恰好平衡；而通过移动钩码悬挂的位置，使标尺重新处于水平平衡状态，操作简单且准确。
【分析】
这是一道结合生活场景的杠杆综合题，解题思路如下：
1. 第(1)问画拉力的力臂：首先确定支点为图中的转轴位置，再沿拉力F的方向延长作用线，最后从支点向拉力的作用线作垂线段，该垂线段就是拉力的力臂。
2. 第(2)问求新的拉力：先利用初始状态的杠杆平衡条件，算出配重片对应的初始阻力臂，配重片向左移动一个限位孔后，阻力臂会增加15cm，再次代入杠杆平衡公式就能算出新的拉力。
3. 第(3)问分析拉力的动态变化：向下拉动支架转动的过程中，拉力和配重重力始终都是竖直方向，分别判断动力臂、阻力臂的变化趋势，结合杠杆平衡条件就能推导拉力的变化情况。
【解析】
(1) 首先定位支点为转轴的中心位置，将拉力F的作用线向下适当延长，从支点向F的作用线作垂直的线段，标注出力臂符号即可。
(2) 先计算配重片的重力：$G=mg=10\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg}=100\ \mathrm{N}$
根据杠杆平衡条件$F_1l_1=F_2l_2$，代入初始状态数据：
$150\ \mathrm{N} × 30\ \mathrm{cm} = 100\ \mathrm{N} × l_2$，解得初始阻力臂$l_2=45\ \mathrm{cm}$
配重片左移一个限位孔后，新的阻力臂$l_2'=45\ \mathrm{cm}+15\ \mathrm{cm}=60\ \mathrm{cm}$，动力臂仍为30cm，再次代入杠杆平衡条件：
$F' × 30\ \mathrm{cm}=100\ \mathrm{N} × 60\ \mathrm{cm}$，解得$F'=200\ \mathrm{N}$。
(3) 沿竖直方向缓慢向下拉的过程中，支架绕转轴顺时针转动，拉力始终竖直向下，配重的重力也始终竖直向下：动力臂（支点到拉力作用线的垂直距离）逐渐变大，阻力臂（支点到配重重力作用线的垂直距离）逐渐变小，阻力大小不变，由杠杆平衡条件$F_{\mathrm{动}}l_{\mathrm{动}}=F_{\mathrm{阻}}l_{\mathrm{阻}}$，可知拉力大小变小。
【答案】
；200；变小
【知识点】
杠杆力臂画法，杠杆平衡条件
【点评】
本题以公园健身器材为载体，将杠杆知识点和实际应用结合，既考察了基础的力臂作图、静态杠杆平衡计算，又设置了动态力臂分析的小问，易错点是容易忽略两个力始终竖直向下的特点，误判力臂的变化趋势，整体能很好的检验学生对杠杆核心规律的理解程度。
【难度系数】
0.6
【分析】
这是一道结合杠杆平衡条件与阿基米德原理的创新跨学科实验题，解题思路可按实验环节逐步梳理：
1. 先明确杠杆平衡条件为动力×动力臂=阻力×阻力臂，步骤②中左右两侧悬挂点到支点O的位置对称，力臂完全相等，代入平衡条件即可直接得到左端篮球和气球的总重力等于右端小桶和细沙的总重力。
2. 步骤③中气球膨胀后排开空气的体积变大，根据阿基米德原理，气球受到的空气浮力会增大，左端整体受到向上的浮力变大，左端对杠杆的向下拉力就会减小，此时左右力臂未变，右端的力与力臂乘积更大，因此右端会向下倾斜。
3. 方法一：不改变小桶悬挂位置即右端力臂不变，要让杠杆重新平衡需要减小右端总拉力，因此要从小桶取出细沙，代入杠杆平衡公式后左右等大的力臂可以直接约去，就能得到浮力等于取出的细沙重力G0。
4. 方法二：小桶总重力不变，移动悬挂位置将右端力臂调整为L，代入杠杆平衡公式后做代数变形，即可推导出浮力的表达式。
5. 实验评估环节，钩码的重力是离散的、只能整份增减，无法连续调整重力让杠杆精准平衡，而钩码可以连续移动悬挂位置调整力臂，因此方法二更合理。
【解析】
(1) ② 已知左端悬挂点距O点距离为$L_0$，题目说明右端悬挂位置为对称位置，因此右端力臂也为$L_0$，初始杠杆水平平衡，根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，可得$G_{\mathrm{总}} × L_0 = G × L_0$，因此篮球和气球(含气针)的总重力为$G$。
③ 气球膨胀后，排开空气的体积显著增大，由阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{空气}}gV_{\mathrm{排}}$可知，气球受到的空气浮力变大，左端整体受到向上的浮力增大，左端细线对杠杆的向下作用力变小；此时左右两侧力臂未发生变化，左端的力与力臂的乘积小于右端的力与力臂的乘积，因此标尺的右端向下倾斜。
④ 方法一：不改变小桶悬挂位置，右端力臂仍为$L_0$，为了让杠杆重新平衡，需要减小右端的总拉力，因此要从小桶内取出重力为$G_0$的细沙。重新平衡时根据杠杆平衡条件：$(G-F_{\mathrm{浮}})L_0=(G-G_0)L_0$，约去$L_0$后可得$F_{\mathrm{浮}}=G_0$。
方法二：保持小桶和细沙总重力为$G$，移动小桶后右端力臂为$L$，重新平衡时由杠杆平衡条件得：$(G-F_{\mathrm{浮}})L_0 = G L$，对公式变形整理可得$F_{\mathrm{浮}}= G - \dfrac{GL}{L_0}$。
(2) 用钩码替换小桶和细沙时，钩码的重力是固定的离散值，无法通过增减钩码实现重力的连续微调，很难让杠杆恰好处于水平平衡状态；而方法二可以通过连续移动钩码的悬挂位置，精准调整力臂大小，很容易让杠杆重新水平平衡，操作更简单、测量精度更高，因此方法二更合理。
【答案】
(1) ② $G$
③ 右端；气球膨胀,根据阿基米德原理,气球受到的浮力变大,左端细线作用在杠杆上的力变小,由杠杆的平衡条件可知,左端力与力臂之积小于右端力与力臂之积
④ 从小桶内取出；$G_0$；$G-\dfrac{GL}{L_0}$
(2) 采用④中的方法二更合理；钩码的重力为离散的固定值，无法连续微调重力使杠杆恰好水平平衡，而移动钩码悬挂位置可以连续调整力臂，更容易让杠杆精准平衡，测量结果更准确
【知识点】
杠杆平衡条件，阿基米德原理，浮力测量
【点评】
本题属于新趋势跨学科实践题型，将杠杆平衡知识与空气浮力测量结合，跳出了常规浮力测量的固有思路，既考查了核心公式的理解与推导能力，也侧重考查了实验方案评估的实际应用能力，引导学生利用已有知识解决新颖的实际问题。
【难度系数】
0.45
【分析】
这是一道结合杠杆平衡条件与阿基米德原理的创新跨学科实验题，解题思路可按实验环节逐步梳理：
1. 先明确杠杆平衡条件为动力×动力臂=阻力×阻力臂，步骤②中左右两侧悬挂点到支点O的位置对称，力臂完全相等，代入平衡条件即可直接得到左端篮球和气球的总重力等于右端小桶和细沙的总重力。
2. 步骤③中气球膨胀后排开空气的体积变大，根据阿基米德原理，气球受到的空气浮力会增大，左端整体受到向上的浮力变大，左端对杠杆的向下拉力就会减小，此时左右力臂未变，右端的力与力臂乘积更大，因此右端会向下倾斜。
3. 方法一：不改变小桶悬挂位置即右端力臂不变，要让杠杆重新平衡需要减小右端总拉力，因此要从小桶取出细沙，代入杠杆平衡公式后左右等大的力臂可以直接约去，就能得到浮力等于取出的细沙重力G0。
4. 方法二：小桶总重力不变，移动悬挂位置将右端力臂调整为L，代入杠杆平衡公式后做代数变形，即可推导出浮力的表达式。
5. 实验评估环节，钩码的重力是离散的、只能整份增减，无法连续调整重力让杠杆精准平衡，而钩码可以连续移动悬挂位置调整力臂，因此方法二更合理。
【解析】
(1) ② 已知左端悬挂点距O点距离为$L_0$，题目说明右端悬挂位置为对称位置，因此右端力臂也为$L_0$，初始杠杆水平平衡，根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，可得$G_{\mathrm{总}} × L_0 = G × L_0$，因此篮球和气球(含气针)的总重力为$G$。
③ 气球膨胀后，排开空气的体积显著增大，由阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{空气}}gV_{\mathrm{排}}$可知，气球受到的空气浮力变大，左端整体受到向上的浮力增大，左端细线对杠杆的向下作用力变小；此时左右两侧力臂未发生变化，左端的力与力臂的乘积小于右端的力与力臂的乘积，因此标尺的右端向下倾斜。
④ 方法一：不改变小桶悬挂位置，右端力臂仍为$L_0$，为了让杠杆重新平衡，需要减小右端的总拉力，因此要从小桶内取出重力为$G_0$的细沙。重新平衡时根据杠杆平衡条件：$(G-F_{\mathrm{浮}})L_0=(G-G_0)L_0$，约去$L_0$后可得$F_{\mathrm{浮}}=G_0$。
方法二：保持小桶和细沙总重力为$G$，移动小桶后右端力臂为$L$，重新平衡时由杠杆平衡条件得：$(G-F_{\mathrm{浮}})L_0 = G L$，对公式变形整理可得$F_{\mathrm{浮}}= G - \dfrac{GL}{L_0}$。
(2) 用钩码替换小桶和细沙时，钩码的重力是固定的离散值，无法通过增减钩码实现重力的连续微调，很难让杠杆恰好处于水平平衡状态；而方法二可以通过连续移动钩码的悬挂位置，精准调整力臂大小，很容易让杠杆重新水平平衡，操作更简单、测量精度更高，因此方法二更合理。
【答案】
(1) ② $G$
③ 右端；气球膨胀,根据阿基米德原理,气球受到的浮力变大,左端细线作用在杠杆上的力变小,由杠杆的平衡条件可知,左端力与力臂之积小于右端力与力臂之积
④ 从小桶内取出；$G_0$；$G-\dfrac{GL}{L_0}$
(2) 采用④中的方法二更合理；钩码的重力为离散的固定值，无法连续微调重力使杠杆恰好水平平衡，而移动钩码悬挂位置可以连续调整力臂，更容易让杠杆精准平衡，测量结果更准确
【知识点】
杠杆平衡条件，阿基米德原理，浮力测量
【点评】
本题属于新趋势跨学科实践题型，将杠杆平衡知识与空气浮力测量结合，跳出了常规浮力测量的固有思路，既考查了核心公式的理解与推导能力，也侧重考查了实验方案评估的实际应用能力，引导学生利用已有知识解决新颖的实际问题。
【难度系数】
0.45
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