初中物理探究杠杆的平衡条件实验试题

小柯在测量某铁块的重力时，发现铁块的重力超出了弹簧测力计的量程，一时又找不到其他测量工具，为了测出该铁块的重力，他找来木棒、细铁丝等物品进行如下改进：

步骤一：将细线系在木棒的A位置，在木棒的左端绕上适量的细铁丝，使木棒处于水平位置平衡，如图甲。
步骤二：用手指勾住弹簧测力计的B处，对弹簧测力计进行调零，如图乙。
步骤三：在木棒左端挂上铁块，右端用弹簧测力计竖直向下拉，如图丙
（1）步骤一中，“在木棒的左端绕上适量的细铁丝，使木棒处于水平位置平衡”是为了防止        测量结果的影响。
（2）步骤三中，当木棒处于水平位置平衡时，弹簧测力如图丁所示，则该铁块的重力是        N

如图甲是小明根据“杠杆平衡条件”制作的只需要一个砝码的天平，横梁可绕轴O在竖直平面内转动，左侧为悬挂在固定位置P的置物盘，右侧所用砝码是实验室里常见的钩码，用细线挂在右侧带刻度线的横梁上．

（1）下面是小明测量物体质量的几个主要步骤，最合理的顺序是（只填写序号）

A．将悬挂钩码的细线移到右侧横梁的零刻线Q处

B．将天平放在水平台面上

C．调整横梁右侧的平衡螺母使横梁上悬挂的重垂线对准底座上的标记

D．将待测物体放在天平左侧的置物盘中

E．由细线在横梁上的位置对应的刻度值直接得出物体的质量
F．移动悬挂钩码的细线使横梁上悬挂的重垂线对准底座上的标记
（2）调节天平至水平位置平衡后，刚把待测物体放在天平左侧的置物盘中时，横梁上悬挂的重垂线将对准底座上标记的      侧（填“左”或“右”）；
（3）若某次测量最终达到平衡时钩码位于右侧横梁上的N处，如图乙所示，已知OP=L，OQ=d，ON=a，钩码质量为m，则待测物体的质量M=       ．（用所给字母表示）

如图所示，将边长为10cm的正方体合金块，用细绳挂在轻质杠杆的A点处，在B点施加力F₁=30N时，杠杆在水平位置平衡，合金块对水平地面的压强恰好为0。撤去F₁，在B点施加力F₂时，合金块对地面的压强为1.2×10³Pa。（OB=3OA，g取10N/kg）

（1）画出F₂的力臂。
（2）求合金块的质量。
（3）求F₂的大小。

如图，小明用一轻质杠杆自制简易密度秤的过程中，在A端的空桶内分别注入密度已知的不同液体，改变物体M悬挂点B的位置，当杠杆在水平位置平衡时，在M悬挂点处标出相应液体的密度值。下列关于密度秤制作的说法中，错误的是（ ）

A．每次倒入空桶的液体体积相同

B．秤的刻度值向右越来越大

C．悬点O适当右移，秤的量程会增大

D．增大M的质量，秤的量程会增大

如图是吊车起吊货物的结构示意图，伸缩撑杆为圆弧状，工作时它对吊臂的支持力始终与吊臂垂直，使吊臂绕O点缓慢转动，从而将货物提起．下列说法正确的是（ ）

A．吊臂是一省力杠杆，但要费距离

B．吊臂是一个费力杠杆，但可以省功

C．匀速顶起吊臂的过程中，伸缩撑杆支持力的力臂变小

D．匀速顶起吊臂的过程中，伸缩撑杆支持力渐渐变小

如图所示，质量不计的一块长木板AB可绕O点无摩擦转动，且OA＝1m，OB＝3m。在A端挂一个    N配重P，体重为400N的小明站在B点时，P对地面的压力为300N，当小明走到距O点________m处时，P对地面的压力刚好为860N。

如图所示，起重机将一箱设备沿竖直方向匀速吊装到施工高台上，设备重4000 N，施工台距离地面的高度为3m。动滑轮上每段钢绳的拉力是2500 N。（取g=10N/kg）

求：（1）起重机的质量为8t，工作时用支架将汽车的轮胎支离开地面。如果地面能承受的最大压强是7×10⁴ Pa，支架与地面接触的总面积是多少？
（2）起重臂OA长12m，且与水平方向夹角为30°。支撑臂与起重臂垂直，作用点为B，且OB=4m，求支撑臂给起重臂的支持力（忽略起重臂自重，cos30°≈0.87）。
（3）起重机做功的机械效率。

如图所示，用竖直向上的力F匀速拉动较长的杠杆，使重为10N的物体缓慢升高0.1m，拉力大小为8N，拉力移动的距离为0.25m。人做的有用功为_        J,该杠杆的机械效率为        ，此杠杆属于        （选填“省力”、“费力”或“等臂”）杠杆。

胶棉拖把的主要结构如图甲所示，使用时先将棉头浸泡于水中吸水，再拉动拉手，使之绕O点转动，胶棉夹将棉头中多余水分挤出后便可清理地板。请在图乙的示意中画出：(1)动力F₁的力臂l₁；(2)作用在B点的阻为F₂。

如图甲长2m的粗细和密度都均匀的光滑金属杆可绕O点转动，杆上有一光滑滑环，用竖直向上的测力计拉着滑环缓慢向右移动，使杆保持水平状态，测力计示数F与滑环离开O点的距离S的关系如图所示，则杆重      N；当滑环滑到图中A点时，金属杆是一个      杠杆（选填“省力”、“费力”或“等臂”）．

小梅在物理老师的指导下，利用一个重物、细线、若干钩码及杠杆来探究“杠杆平衡的条件”。

（1）实验前，为便于力臂的测量，她应通过调节杠杆两端的　　使杠杆在　　位置平衡。

（2）实验时，小梅决定先保持阻力 $F_2$和阻力臂 $l_2$不变，探究“杠杆平衡时，动力臂和动力之间的关系”。

于是，她用细线将重物固定到杠杆左侧某一位置处；然后在杠杆右侧用细线悬挂一个钩码，移动其悬挂的位置，使杠杆重新在水平位置平衡，如图所示，将动力 $F_1$和动力臂 $l_1$记录下来。

接下来，她要改变　　并移动其悬挂的位置，多次重复前面的实验，并把相应的数据记录下来。

（3）小梅通过实验得到的实验数据如表1所示。

表一 保持阻力 $F_2$和阻力臂 $l_2$不变，探究杠杆平衡时动力臂和动力之间的关系

实验序号	动力 $F_1/N$	动力臂 $l_1/m$
1	0.5	0.20
2	1.0	0.10
3	1.5	0.07
4	2.0	0.05
5	2.5	0.04

分析表1中的数据，小梅得出的结论是：保持阻力和阻力臂不变，杠杆平衡时，动力臂 $l_1$跟动力 $F_1$成　　关系。

（4）在前面实验的基础上，小梅进一步猜想：在更普遍的情况下，杠杆平衡时可能满足“动力 $F_1\times$动力臂 $l_1=$阻力臂 $F_2\times$阻力臂 $l_2$”

为了验证小梅的这个猜想，小丽通过实验得到的实验数据如表2所示

表2 探究杠杆平衡时，动力 $F_1$、动力臂 $l_1$和阻力 $F_2$、阻力臂 $l_2$之间的关系

实验次数	动力 $F_1/N$	动力臂 $l_1/m$	阻力 $F_2/N$	阻力臂 $l_2/m$
1	1.0	0.10	1.0	0.10
2	1.5	0.08	1.5	0.08
3	2.0	0.07	2.0	0.07

小梅认为，表2中小丽的实验数据缺乏普遍性，用来验证她的猜想不够充分，于是对小丽的实验和收集数据提出了具体的建议。

小梅的建议是：小丽还要在　　的情况下进行实验和收集数据。

如图是一种自动测定油箱内油面高度的装置，R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，且受定位挡板限制只能在电阻上滑动．当油面在A处时，滑动变阻器的滑片恰好在最下端；当油面在B处时，滑动变阻器的滑片在最上端．从油量表（由电流表改装而成）指针所指的刻度，可以知道油箱内油面的高度．现已知油的密度ρ=0.8×10³kg/m³，电源电压是6V，定值电阻R′的阻值是12Ω．

（1）若浮标有2×10^-4m³的体积浸入油中，则油对它的浮力是多大？（g取10N/kg）提示：F_浮=ρ_油gV_排
（2）当油面处在A处时，电流表示数为多少？
（3）已知电流增大时，电流表指针向右偏转，则＿＿＿＿＿．

A．油面下降时，电流表指针向右偏转

B．油量表零刻度线一定与电流表原零刻度线相重合

C．油量表的刻度值从左往右是逐渐增大的

D．油箱内的油越少，流过电流表的电流越大

如图所示，平直的薄板AB长1m，重力忽略不计，B端用细绳悬于天花板上，绳与水平方向夹角为30°，薄板始终保持水平.一辆重20N、功率为1W的电动小车，从A端以0.2m/s的速度向右匀速行驶4s，细绳恰好被拉断，求：

（1）小车行驶过程中牵引力做的功；
（2）小车运动时受到的阻力；
（3）细绳恰好被拉断时能承受的最大拉力.

“低头族”长时间低头看手机，会引起颈部肌肉损伤．当头颅为竖直状态时，颈部肌肉的拉力为零，当头颅低下时，颈部肌肉会产生一定的拉力．为了研究颈部肌肉的拉力与低头角度大小的关系，我们可以建立一个头颅模型来模拟实验，如图甲所示．把人的颈椎简化成一个支点O，用1kg的头颅模型在重力作用下绕着这个支点O转动，A点为头颅模型的重心，B点为肌肉拉力作用点．将细线的一端固定在B点，用弹簧测力计拉着细线模拟测量肌肉的拉力，头颅模型在转动过程中，细线拉力的方向始终垂直于OB，如图乙所示．让头颅模型从竖直状态开始转动，通过实验记录出低头角度θ及细线拉力F的数据．如表：

低头角度θ/°	0	15	30	45	60
细线拉力F/N	0	7.3	14.0	20.2	25.0

（1）头颅模型质量为1kg，当低头角度为60°时，颈部肌肉实际承受的拉力是      N；如果真实头颅质量为8kg，当低头角度为60°时，颈部肌肉实际承受的拉力是      N．
（2）请解释：为什么低头角度越大，颈部肌肉的拉力会越大？答      ．
（3）请你就预防和延缓颈椎损伤提出一个合理化的建议：      ．

探究杠杆的平衡条件
【提出问题】如图所示，是一种常见的杆秤．此时处于水平位置平衡．

发现一：小明在左侧挂钩上增加物体，可观察到提纽左侧下沉．他认为改变杠杆的水平平衡可以通过改变作用在杠杆上的     来实现；
发现二；接着小新移动秤砣使其恢复水平位置平衡。说明通过改变        的长短也可以改变杠杆的平衡．
那么，杠杆在满足什么条件时才平衡呢?
【制定计划与设计实验】
实验前，轻质杠杆处于如图所示的状态，使用时，首先应将杠杆的平衡螺母向     （选填“左”或“右”）调节，使杠杆处于水平位置平衡，这样做的好处是          

【实验结论】
如图所示，他们进行了三次实验，对实验数据进行分析，得出杠杆的平衡条件是              ，

【拓展应用】如图所示，是用手托起重物的示意图，图中前臂可以看作是一个        杠杆（选填“省力”、“费力”或“等臂”），此杠杆的支点是图中的      点，假如托起6N的重物，请你根据图21所示，估算出手臂要用的动力大约是      N