初中物理探究杠杆的平衡条件实验试题

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

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

如图甲是一台落地电风扇，电风扇的参数见下表；乙图是电风扇的尺寸示意图，由于电风扇的质量分布不均匀，它的重力作用点在P点；电风扇内部的电路图可简化为丙图，图中的代表电动机，R₁、R₂是限流电阻。

（1）小明想在电路中加一个“倾倒开关”，使电风扇被碰倾倒时能自动断开电路。此开关应该安装在丙图中的   （选填“A”、“B”或“C”）处。
（2）将电风扇调到最高档（最大风速），H调到最大值，此时H=120cm，它的放置状态如图乙所示，在水平方向扇叶受到空气对它向左的作用力F=16N，重力作用点P离电风扇底座中轴线横向距离a=15cm，P点离地面的距离b=40cm，底座半径r为17 cm。当电风扇的风速达到最大时，它会翻倒吗？请用杠杆平衡原理计算说明。（g=10N/Kg）
（3）电风扇在额定电压下工作，当旋转开关调到2位置时，风速档位是   （选填“低档”、“中档”或“高档”）；此时，电动机两端的电压为100V，求R₁的阻值及电动机的输出功率。

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，杠杆处于平衡状态，如果在杠杆两侧挂钩码处各增加一个质量相同的钩码，杠杆会

A．左端下降

B．右端下降

C．仍然平衡

D．无法判断

如图所示，某同学在做俯卧撑运动，可将他视为一个杠杆，支点在O点,他的重心在A点，重力为600N.

求:(1)他将身体撑起时，地面对双手的支持力至少多大?
(2)若他在1min内做了30个俯卧撑，每次肩部上升的距离均为0.4m，则他做一个俯卧撑要做多少功？
(3)他做俯卧撑的功率为多少瓦？

（1）如图所示是右侧带书柜的办公桌，我们可以把它抽象成一个“杠杆”．现在要用一个最小的力将这张办公桌的一端稍抬离地面．请画出这个力F和这个力臂l，并用“O”标明这个“杠杆”的支点．
（2）在右图中画出斜面上“不倒翁”受重力的示意图，并画出重力相对于支点Ｏ的力臂l ₁． (黑点表示“不倒翁”的重心)

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”）．

（1）如图1甲所示的钢丝钳，其中A是剪钢丝处，B为手的用力点，O为转动轴（支点），图乙为单侧钳柄及相连部分示意图．请在图乙中画出钢丝钳剪钢丝时的动力臂L₁，并在A点作出阻力F₂．
（2）如图2所示，在杠杆AB上挂了一个重为G的物体．为使杠杆在图中的位置静止，请在杠杆上画出最小的动力F；
（3）用如图3所示的滑轮组提升一重物有两种绕绳方法，请画出最省力的一种．
（4）请在图4中的两个虚线框内，选填“电源”和“开关”的符号，并满足当开关都闭合时两灯组成并联电路

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。

“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：      ．

如图所示，可绕O点转动的轻质杠杆，在D点挂一个重为G的物体M．用一把弹簧测力计依次在A、B、C三点沿与圆O相切的方向用力拉，都使杠杆在水平位置平衡，读出三次的示数分别为F₁、F₂、F₃，它们的大小关系是(   )

A．F₁＜F₂＜F₃＜G   B．F₁＞F₂＞F₃＞G
C． F₁＞F₂=F₃=G   D．F₁=F₂=F₃=G

如图所示，O为杠杆的支点，在杠杆的右端B点挂一重物。MN是以A为圆心的弧形导轨，绳的一端系在杠杆的A点，另一端E可以在弧形导轨上自由滑动。当绳的E端从导轨的一端N点向另一端M点滑动的过程中，杠杆始终水平，绳AE对杠杆拉力的变化情况：（   ）

A．先变小，后变大	B．先变大，后变小
C．一直变小	D．一直变大

如图所示，有一轻质木板（质量忽略不计），左端可绕O点转动，长为L，右端放一重为G的物块，并用一竖直向上的力F拉着.当物块向左匀速滑动时，木板始终在水平位置保持静止，则下列表示拉力F与物块运动时间t的关系图中，正确的是（  ）

A.         B.     C.    D

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.