初中物理杠杆的平衡条件实验题

如图所示，在一个已经调平衡、有刻度的杠杆右侧挂重力为G₀的钩码，钩码的位置B固定不动；左侧挂重力未知的金属圆柱体，悬挂点A的位置可以在杠杆上移动，细线长短可以调整，此时杠杆在水平位置平衡；量筒中盛有适量的水。要求利用上述实验装置和器材，探究“浸在水里的物体所受浮力大小与物体浸入水中的体积成正比”。 写出主要实验步骤，设计实验数据记录表。

占林同学的妈妈从超市买回一袋胡萝卜，占林同学捡了一个最大的胡萝卜用细线系好挂在弹簧测力计上（如图所示）。胡萝卜重为          N，如果在系线处将胡萝卜切成两段，则G_A与G_B，谁重呢？对此，她进行了以下探究：

（1）请设计一个简易实验，判断A、B的轻重．
所用器材：                                                             
操作方法：                                                             
现象及结论：                                                           
（2）为进一步研究类似A、B轻重的问题，某同学在一根有等间距刻度的均匀杠杆两侧挂上每个质量都相等的钩码进行实验．杠杆静止于水平状态的三次实验情境如图所示。

①根据图甲的实验，可以判断G_A_______G_B(选填“大于”、“小于”或“等于”)
②根据图甲的实验，占林同学得出结论：
只要满足“阻力×阻力作用点到支点的距离=动力×动力作用点到支点的距离”，杠杆就能平衡。
a．这个结论是否正确？                   。

b．用图乙所示的装置，怎样通过实验来说明该结论是否正确．
                                                           
                                                           
                                                           
                                                            
                                                            

用细线拴住一端粗、一端细的实心胡萝卜并悬挂起来，静止后胡萝卜的轴线水平，如图所示；在拴线处沿竖直方向将胡萝卜切成A、B两段．

（1）你认为________段重些，你判断的理由是：________________________________．
（2）为研究类似A、B轻重的问题，某同学在一根有等间距刻度的均匀杠杆两侧挂上每个质量都相等的钩码进行实验．杠杆静止于水平位置的三次实验情景如图所示．

①根据图的实验，可以判断________段萝卜重些．
②根据图的实验，该同学得出结论：
只要满足“阻力×阻力作用点到支点的距离＝动力×动力作用点到支点的距离”，杠杆就能平衡．
A．这个结论是否正确？
B．用图所示的装置，怎样通过实验来说明该结论是否正确．

组合机械在工业生产中有广泛的应用，如图为某组合机械示意图，杠杆AB可绕O点转动，AO：OB＝4：1，一个体重为600N的人用竖直向下的力拉绳子自由端，使动滑轮O₁的上拉钩对杠杆B端产生一个竖直向下的拉力F_拉，使杠杆在水平位置保持静止，杠杆自重、滑轮重、绳重及摩擦均不计。

（1）A端所挂重物的重力为300N，则人对绳子自由端的拉力是多少？

（2）作出此时人的受力示意图。

（3）若人与地面的接触面积为400cm²，则人对地面的压强是多少？

小明家新买了一台多功能LED台灯，其结构如图甲所示。S₁是控制LED灯的开关，USB接口可以给手机充电。小明发现即使S₁断开，USB接口也能正常使用。安全开关S₂位于台灯底部的前端，当台灯倾斜，S₂离开桌面时，它会自动断开，切断台灯的电源。

（1）根据以上信息，请用笔画线代替导线，将图乙中的电路元件接入电路。

（2）晓明对开关S₂很感兴趣，并开始研究其功能。它将台灯点亮，并保持支架和灯头的夹角不变，试着向后调整支架的位置，当达到图丙所示的位置时，台灯虽未倾倒但底座前端刚好翘起，此时S₂断开，台灯熄火。如果把台灯看做是杠杆，此时恰好平衡，则动力臂　      　（填“大于”、“等于”或“小于”）阻力臂。

接下来，小明向固定在底座上的笔筒中放入一支铅笔，这时台灯底座重新落回桌面，S₂闭合，台灯亮起。当他再从笔筒中取出这只笔时，台灯底座前端翘起，再次熄灭。

（3）小明设想：如果利用安全开关S₂，制作一个在手机充电时可以自动断电的控制装置，这样就可以避免因夜间手机充电时间过长而带来的安全隐患。

经过思考小明只借助了湿巾和少量的水，结合学过的蒸发知识便设计出了一个简易的装置。以下是小明给的设计方案，请将其补充完整。

①抽取一张湿巾放进空笔筒中，并把手机数据线插入台灯底座的USB接口，手机开始充电。

②慢慢向后调节支架，同时观察手机充电的情况，直至手机刚好　               　。

③保持支架和灯头的位置不变，　                                       　，使开关S₂闭合。

④一段时间后，台灯底座前端自动翘起，开关S₂切断电路。在不改变支架和灯头位置的前提下，若要缩短充电时间，可采用的方法是　                               　。

如图所示是建筑工地上常见的一种起重机的简化图，为了保证起重机吊起重物时不会翻倒，在起重机右边配有一个重物m₀；已知OA＝9m，OB＝3m。用它把质量为3×10³kg、底面积为0.5m²、高为2m的长方体物体G从空气中匀速放入水中某一位置，直到物体完全浸没在水中。（g取10N/kg，ρ_水＝1.0×10³kg/m³）。求：

（1）物体G的密度。

（2）起吊前，物体G静止在水平地面上时，它对地面的压强。

（3）若物体G被缓慢匀速从地面上吊起，起G重机横梁始终保持水平，若起重机横梁自重不计，OA、OB的长度不变，右边的配重m_o的质量是多少？

（4）当物体G从空中匀速浸没在水中，若配重m_o的位置、质量都不变，起重机始终保持水平，OA的长度如何变化？变化了多少？

运用知识解决问题：

（1）如图1，轮船由下游经过船闸驶往上游。船进入闸室后，先关闭阀门 $B$和阀门 $D$，再打开阀门　　，当闸室中水位与上游水位　　时，打开阀门 $C$，船驶入上游。

（2）如图2， $A$、 $B$两物体叠放在水平地面上静止。请画出物体 $A$的受力示意图。

（3）如图3，轻质杠杆的 $\mathit{OA}:\mathit{OB}=4:1$．放在水平地面上的物体甲的重力 $G_{甲}=125N$，底面积 $S_{甲}=1\times {10}^{-2}{m}^2$．当杠杆水平平衡时，物体甲对地面的压强 $p_{甲}=1\times {10}^4\mathit{Pa}$，则物体乙的重力 $G_{乙}=$　　。（请写出解题思路）

如图是“利用杠杆测量石块密度”的实验。 $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

（1）在实验前，杠杆静止在图甲所示的位置，此时杠杆处于　     　（选填“平衡”或“不平衡”）状态；要使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向　     　调节，这样做的目的是　       　，并消除杠杆自重对实验的影响。

（2）在溢水杯中装满水，如图乙所示，将石块缓慢浸没在水中，让溢出的水流入小桶 $A$中，此时小桶 $A$中水的体积　       　石块的体积。

（3）将石块从溢水杯中取出，擦干后放入另一相同小桶 $B$中，将装有水和石块的 $A$、 $B$两个小桶分别挂在调好的杠杆两端，移动小桶在杠杆上的位置，直到杠杆在水平位置回复平衡，如图丙所示。此时小桶 $A$、 $B$的悬挂点距支点 $O$分别为 $13\mathit{cm}$和 $5\mathit{cm}$，若不考虑小桶重力，则石块密度的测量值为　      　 $\mathit{kg}/m^3$；若考虑小桶重力，石块的实际密度将比上述测量值　       　。

现有两个品种相同的实心西瓜，形状不同，在没有直接测量质量和重力工具的情况下，要判断哪个更重，在以下三种方案中

方案一：将西瓜分别装入相同的网，分别挂在已调节好的等臂杠杆的两端，观察杠杆的倾斜情况；

方案二：将西瓜分别装入相同的网，分别系在一条跨过定滑轮的绳子两端，向上提滑轮，观察哪个先离开地面；

方案三：把两个西瓜放在质地均匀的同一块海绵上，观察海绵形变的大小。

你认为方案　        　不可行，原因是　         　。

探究杠杆的平衡条件。

（1）实验前		杠杆静止在如图所示的位置，要使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向　    　调节。
（2）实验时		①用如图所示的方式悬挂钩码，杠杆也能在水平位置平衡（杠杆上每格等距），但老师却往往提醒大家不要采用这种方式。这主要是因为该种方式　       　。 $A$．一个人无法独立操作 $B$．需要使用太多的钩码 $C$．无法测量力臂 $D$．力和力臂数目过多 ②在图中，不改变支点 $O$左侧所挂的三个钩码及其位置，保持右侧第　       　格的钩码不动，将右侧另外两个钩码改挂到它的下方，杠杆也可平衡，继续实验。
	实验数据： 次数 左侧 右侧 动力 $F_1/N$ 动力臂 $l_1/\mathit{cm}$ 阻力 $F_2/N$ 阻力臂 $l_2/\mathit{cm}$ 1 1.0 10 2.0 5 2 1.5 5 0.5 15 3 2.0 15 1.5 20
（3）结论	杠杆的平衡条件是：　                              　。
（4）交流评估	①实验进行三次的目的是　      　（只有一个选项正确，填写对应字母）。 $a$．取平均值减小误差 $b$．归纳出物理规律 $c$．使每组数据更准确 ②某同学在第3次实验的基础上，将左右两侧的钩码同时向支点 $O$移动 $5\mathit{cm}$，则杠杆　      　。（选填“保持平衡”“左侧下沉”或“右侧下沉”）

如图所示，根据杠杆的平衡条件测量某种液体的密度，所用器材：轻质杠杆（自身重力忽略不计）、容积为100mL的空桶、重为0.5N的物体M、刻度尺、细线。

（1）如图甲所示，为了使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向 　 　调节；调节杠杆在水平位置平衡的目的是 　 　。

（2）把空桶悬挂在A点，物体M悬挂在B点时，杠杆再次在水平位置平衡，测得OA的长度为10cm，OB的长度为20cm，则空桶重为 　 　N。

（3）若此时，往A点的空桶内注满某种液体，调节物体M到C点时，杠杆在水平位置重新平衡，测得OC的长度为42cm，则桶内液体的密度为 　 　kg/m ³。

如图是探究杠杆平衡条件的几个实验情景：

（1）挂钩码前，杠杆在如图甲所示的位置静止，此时杠杆　　（选填“达到”或“没有达到” $)$平衡状态，接下来调节杠杆两端的螺母，使杠杆处于　　。

（2）如图乙， $A$点挂有2个质量均为 $50g$的钩码、为了让杠杆在水平位置平衡，应在 $B$点挂　　个质量均为 $50g$的钩码。

（3）如图丙，现给你一个量程为 $0~2N$的弹簧测力计，若干个 $50g$的钩码，钩码挂在 $C$点处，现使用弹簧测力计和钩码使杠杆在水平位置平衡，则在 $C$点处所挂钩码的最多个数为　　个。

小敏同学参加研学旅行时，在湖边捡到一块漂亮的小石块，她用家中常见物品与刻度尺巧妙地测出了小石块的密度，她的测量方案如下：

①用细绳将一直杆悬挂，调节至水平位置平衡，记下细绳在直杆上的结点位置 $O$；

②将一重物悬于结点 $O$左侧的 $A$点，小石块悬于结点 $O$的右侧，调整小石块的位置，如图所示，当小石块悬于 $B$点时，直杆在水平位置平衡；

③用刻度尺测量 $\mathit{OA}$的长度为 $L_1$， $\mathit{OB}$的长度为 $L_2$；

④保持重物的悬点位置 $A$不变，将结点 $O$右侧的小石块浸没在盛水的杯中（且未与杯底、杯壁接触），调整小石块的悬点位置，当小石块悬于 $C$点时，直杆在水平位置平衡；

⑤用刻度尺测量 $\mathit{OC}$的长度为 $L_3$。

请根据她的测量方案回答以下问题

（1）实验中三次调节了直杆在水平位置平衡。其中，第一次调节水平平衡是　　，第二次调节水平平衡是　　；（选填“ $a$”或“ $b$” $)$

$a$．消除直杆自重的影响 $b$．便于测量力臂

（2）实验中长度　　（选填“ $L_1$”、“ $L_2$”或“ $L_3$” $)$的测量是多余的；

（3） $C$点应该在 $B$点的　　（选填“左”或“右” $)$侧；

（4）小石块密度的表达式为 $\rho =$　　（选用字母 ${\rho }_{水}$、 $L_1$、 $L_2$、 $L_3$表示）。

天平的工作原理是　　，如图所示，此时指针静止在　　（填天平的结构名称）的中线左侧，接下来的操作是　　，使天平水平平衡。

在“探究杠杆平衡条件的实验”中：

（1）如图甲所示，杠杆左端下沉，则应将平衡螺母向　　（选填“左”或“右” $)$调节，直到杠杆在水平位置平衡，在水平位置平衡的目的是便于测量　　。

（2）如图乙所示，杠杆上的刻度均匀，在 $A$点挂4个钩码，要使杠杆在水平位置平衡，应在 $B$点挂　　个相同的钩码；当杠杆平衡后，将 $A$、 $B$两点下方所挂的钩码同时朝远离支点 $O$的方向各移动一小格，则杠杆的　　（选填“左”或“右” $)$端将下沉。

（3）如图丙所示，在 $A$点挂一定数量的钩码，用弹簧测力计在 $C$点斜向上拉（与水平方向成 $30°$角）杠杆，使杠杆在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数如图丙所示，已知每个钩码重 $0.4N$，则在 $A$点应挂　　个钩码。