内容正文:
与刻度尺右端对齐时,硬币所受重力
的力臂l2=10cm-
1
2 ×3cm=
8.5cm;由杠杆平衡条件F1l1=F2l2
和重力公式G=mg 得,m尺 g×l1=
m硬币g×l2,化简并代入数据可得,
m尺×5cm=9g×8.5cm,解得m尺=
15.3g。
抽象杠杆模型
把刻度尺看作杠杆,准确地判
断刻度尺的重心和力臂的大小是
解题的关键。因为规则物体的重
心在物体的几何中心处,据此可知
刻度尺的重心位置;刻度尺刚好翻
转时与课桌边缘的接触点为支点,
由此计算出刻度尺重力的力臂和
硬币所受重力的力臂,由杠杆平衡
条件计算出刻度尺的质量。
6.
D 7.
B
8.
D [解析]由题意可知,保持杠杆
水平静止,改变B 点位置,此过程中
F 方向保持不变,根据杠杆平衡条件
可得F×l=G×OA,解得F=G×
OA×1l ①
;将 M 从A 点移至P
点,由杠杆平衡条件可得F×l=G×
OP,解得F=G×OP×1l ②
;由数
学知识可知,①②两式中拉力F 与1l
的关系图线均为正比例函数,由图甲
可知,OP<OA,则②式的斜率小于①
式的斜率,因此将 M 从A 点移至P
点,F 与1l
的关系图线为过原点且斜
率比图线①小的图线④。
9.
(1)
右 便于从杠杆上测量力臂
(2)
石块 (4)
①
2.5×103 ②
大
③
换用质量更小的小桶(或将石块从
溢水杯中取出擦干后再放入B 桶中;
或用刻度尺测量力臂) [解析](1)
调
节杠杆在水平位置平衡,目的是便于
从杠杆上测量力臂,同时是为了让杠
杆的重心在支点上,可避免杠杆自重
的影响;杠杆的右端上翘,平衡螺母向
上翘的右端移动。(2)
在溢水杯中装
满水,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
的体积等于石块的体积。(4)
①
将
分别装有水和石块的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
置恢复平衡,此时小桶A、B 的悬挂点
距支点O 分别为5格和2格,若不考
虑小桶所受重力,则根据杠杆平衡条
件可知,G石l1=G水l2,即 m石gl1=
m水gl2,ρ石V石gl1=ρ水V水gl2,ρ石V石l1=
ρ水V水l2,因为溢出的水的体积就是石
块的体积,即V石=V水,则石块的密度
ρ石=
l2
l1ρ水=
5格
2格×1×10
3kg/m3=
2.5×103kg/m3。②
若考虑小桶所
受重力,则图丙中杠杆平衡时,(G石+
G桶)l1=(G水+G桶)l2,G石l1+G桶l1=
G水l2+G桶l2,因 为l1 <l2,所 以
G桶l1<G桶l2,所以G石l1>G水l2,因此
ρ石V石l1>ρ水V水l2,所以ρ石>
l2
l1ρ水
,
即石块密度的测量值偏大。③
为减
小测量误差,可以换用质量更小的小
桶,或将石块从溢水杯中取出擦干后
再放入B 桶中,或精确测量力臂。
10.
[解析]杠杆的省力或费力,取决
于动力臂与阻力臂之间的大小关系。
由图(a)和(b)可知,爬楼车以O 点为
支点,O 点到重力G 作用线的距离小
于它到动力F、F1 作用线的距离,即
阻力臂小于动力臂,是省力杠杆;同
理,由图(c)可知,爬楼车以A 点为支
点,A 点到重力G 作用线的距离仍然
小于它到动力F2 作用线的距离,即
阻力臂仍然小于动力臂,也是省力杠
杆。所以整个过程中,爬楼车都是省
力杠杆。
专题特训(九) 杠杆问题的
分析、判断、计算与作图
1.
1 0.7 [解析]由题意可知,左、
右两筐中谷子所受的重力分别为
G左 =m左g=20kg×10N/kg=
200N,G右=m右g=25kg×10N/kg=
250N,因扁担和筐的重均不考虑,可
设扁担水平平衡时,他距扁担左端距
离为l,则扁担右侧长为1.8m-l,由
杠杆的平衡条件可得G右(1.8m-
l)=G左l,则l=
G右
G右+G左×1.8m=
250N
250N+200N×1.8m=1m
;小明将
两筐谷子同时向内移动了0.1m时,
左、右两筐谷子所受重力的力臂分别
为l左=l-Δl=1m-0.1m=0.9m,
l右=1.8m-l-Δl=1.8m-1m-
0.1m=0.7m,设向右筐增加谷子的
质量为m,则其所受重力为mg,由杠
杆的平衡条件可得(G右+mg)l右=
G左l左,即(250N+m×10N/kg)×
0.7m=200N×0.9m,解得m≈0.7kg。
2.
12 400 [解析]物体C排开水的
体积V排=(0.1m)2×0.08m=8×
10-4m3,则受到的浮力F浮=ρ水gV排=
1.0×103kg/m3×10N/kg×8×
10-4m3=8N,则A 端所受到绳子的
拉力为FA=G-F浮=20N-8N=
12N;根据杠杆的平衡条件可得FA×
OA=FB×OB,可解得B 端所受绳子
的拉力为FB=
FA×OA
OB =
12N×4
3 =
16N,则物体 D 对地面的压力为
F压=G-FB=20N-16N=4N,物
体D 对 地 面 的 压 强 为p=
F
S =
4N
0.1m×0.1m=400Pa
。
14
3.
10 10 5 [解析]由杠杆的平衡
条件F1l1=F2l2 可得,FA·OA=
G2·OB,则绳子的拉力FA=
OB
OAG2=
10cm
20cm×20N=10N
;此时G1 对地面
的压强为2×104Pa,则由p=
F
S
可
得,G1对地面的压力F1=pS1=2×
104Pa×(0.05m)2=50N,因正方体
对地面的压力等于自身所受重力减去
绳子的拉力,所以正方体G1 所受的
重力G1=F1+FA=50N+10N=
60N;G1对地面的压力恰好为零时,
绳子的拉力FA'=G1=60N,设此时
G2向右运动到D 位置,由杠杆的平
衡条件可得,FA'·OA=G2·OD,则
OD=
FA'
G2
·OA=60N20N×20cm=
60cm,G2向右匀速直线运动的距离
s=OD-OB=60cm-10cm=50cm,
由v=st
可得,G2向右匀速直线运动
的时间t=sv=
50cm
5cm/s=10s
,拉力F
做的功W=Fs=10N×0.5m=5J。
4.
100 50 40 [解析]由题意可
知,物体所受重力G=mg=10kg×
10N/kg=100N;当力臂为OB 时,力
臂最长,此时最省力。连接OB,作用
在B 点的最小力应垂直于OB 向上,
如 图 所 示, 所 以 OB =
(40cm)2+(30cm)2=50cm;作用
于B 端的最小力的力臂等于50cm;
根据杠杆平衡的条件:G×12OA=
F×OB;100N×20cm=F×50cm,
解得F=40N,所以作用于B 端的最
小力等于40N。
(第4题)
5.
100 50 [解析]由图甲可知,金
属杆是粗细均匀的一只杠杆,重心在
杠杆的中点,当s=OA=1m时,动力
臂是阻力臂的二倍;由图乙可知,此时
的动力F=100N,根据F1l1=F2l2
可知(F-G滑)l1=Gl2,100N-G滑=
1
2G ①
;根据图乙可知,s'=0.1m
时,F'=550N,l1'=0.1m,l2=
0.5m,根据F1l1=F2l2 可知(F'-
G滑)l1'=Gl2,550N-G滑=5G ②,
联立①②可得,G滑=50N,G=100N。
6.
A
7.
B [解析]杠杆水平静止,当拉力
F 绕作用点A 转动,θ逐渐变大时,F
的力臂先变大后变小,阻力和阻力臂
大小 不 变,根 据 杠 杆 的 平 衡 条 件
F1l1=F2l2 可知,F 先变小后变大;
当θ=90°时,动力臂最大,动力最小;
当θ=0°或180°时,动力臂为0,不会
出现这种情况,故B正确。
8.
A [解析]由图可知,m左>m右,
由G=mg可知G左>G右,开始时,杠
杆平 衡,由 杠 杆 平 衡 条 件 可 得
G左l左 =G右l右,因 G左 >G右,所 以
l左<l右。蜡烛燃烧速度相同,过一段
时间后,蜡烛减少的质量Δm 相同,减
少 的 重 力 ΔG 相 同,则 (G左 -
ΔG)l左-(G右 -ΔG)l右 =G左l左 -
G右l右 -ΔGl左 +ΔGl右 =ΔGl右 -
ΔGl左,由 于l左 <l右,故 ΔGl右 -
ΔGl左 >0,所 以(G左 -ΔG)l左 -
(G右-ΔG)l右>0,即左边力与力臂的
乘积大于右边力与力臂的乘积,杠杆
不再平衡,左端下沉。
9.
[解析](1)
立方体静止时对水平地
面的压力 F=G=mg=400kg×
10N/kg=4000N,受力面积 S=
1m×1m=1m2,立方体静止时对水
平地面的压强p=
F
S=
4000N
1m2 =4×
103Pa。(2)
如图所示,翻滚立方体
时,O 为支点,力作用在A 点,方向与
OA垂直斜向上时最小,则动力臂l1=
OA= l2+l2= (1m)2+(1m)2=
2m,阻力是重力,阻力臂l2=
1
2×
1m=12 m
,根据杠杆平衡条件得
Fl1 = Gl2, 则 F =
Gl2
l1 =
4000N×12m
2m
≈ 1.41× 103 N。
(3)
每翻滚一次立方体重心升高的距
离h=12OA-
1
2l=
2
2 m-
1
2 m=
2-1
2 m
,翻滚立方体一次,参赛者克
服 立 方 体 重 力 做 的 功 W=Gh=
4000N× 2-12 m=2000
(2-1)J,
立方体移动10m需要翻滚10次,则
翻滚10次做功的功率 P=
W总
t =
10W
t =
10×2000(2-1)J
20s ≈414W
。
(第9题)
10.
如图所示
(第10题)
11.
如图所示
(第11题)
24
12.
如图所示
(第12题)
第2节 跨学科实践:制作
简易杆秤
1.
竖直向上 大于 2.
C
3.
A 内 4.
杠杆 左 偏大
5.
C [解析]假设空盘时秤砣在D
点,秤盘上放入重为G 的物体时秤砣
在E 点,则杆秤的平衡原 理 式 为
G物×OC=G秤砣×DE。因为空秤盘对
C点有拉力,因此秤砣所处位置应该
在O 点右侧,故零刻度线不在O 点,
故A选项错误;被称物体的质量不可
过大,但是可以较小,故B选项错误;
被称物体质量越大,对C 点拉力越
大,根据前面给出的杠杆平衡原理
G物×OC=G秤砣×DE,可知DE 越
大,即秤砣离提纽越远,故C选项正
确;若秤砣磕掉一块,则称相同物体
时,秤砣所在位置力臂应更大一些,对
应的刻度也就更大,故称量值大于真
实值,故D选项错误。
6.
D [解析]根据杠杆的平衡条件可
知:当提着B 处秤纽、秤砣在D 点时,
A 点所挂货物重为GA=
G秤砣×BD
AB
,
当提着C 处秤纽、秤砣在D 点时,A
点所挂货物重为GA'=
G秤砣×CD
AC
,因
BD>CD、AB<AC,则GA>GA',即
提B 处秤纽时,此秤的称量最大,故
A正确;当提着B 处秤纽、秤砣挂在
D 点、A 点秤钩挂着质量为10kg的
货物时,秤杆可以在水平位置平衡,根
据杠杆平衡条件可得 GA ·AB=
G秤砣·BD,由G=mg 可得mAg·
AB =m秤砣 g ·BD,则 m秤砣 =
mA×AB
BD =
10kg×2cm
50cm =0.4kg
,故
B正确;先用秤纽C 称量2kg货物,
再换用秤纽B 称量该货物,根据杠杆
的平衡条件可知,阻力臂减小,阻力不
变,动力不变,则动力臂减小,即秤砣
需向左侧移动,故C正确;当提起B
处秤纽时,阻力臂为AB=2cm,动力
臂BD'=3cm+5cm=8cm,根据杠
杆的平衡条件可列式 G1·AB=
G秤砣·BD'。由G=mg 可得m1g·
AB = m秤砣 g ·BD',则 m1 =
m秤砣×BD'
AB =
0.4kg×8cm
2cm =1.6kg
,
当提起C 处秤纽时,阻力臂为AC=
AB+BC=2cm+3cm=5cm,动力
臂CD'=5cm,根据杠杆的平衡条件
可列式G2·AC=G秤砣 ·CD'。由
G=mg 可得m2g·AC=m秤砣 g·
CD', 则 m2 =
m秤砣×CD'
AC =
0.4kg×5cm
5cm =0.4kg
,故D错误。
7.
(1)
支点 省力 (2)
1000 400
(3)
m1l1=m2l2 160 (4)
将提纽向
左移 [解析](1)
提纽相当于支点,
“秤砣虽小压千斤”可知这是一个省力
杠杆。(2)
根据杆秤的标度直接得到
最右端的质量为1000g,即最多可称
1000g的物体。另外杠杆刻度均匀
分布,故D 点质量为400g。(3)
杠杆
平衡原理是F1l1=F2l2,其中F1=
m1g,F2=m2g,代 入 得 m1gl1=
m2gl2,即m1l1=m2l2,在C 点平衡
时物体质量为0,代入得到秤盘的质
量为160g。(4)
称量质量更大的物
体,可以将提纽向左移。
8.
①
秤砣的质量减小为原来的一半
②
a 点向左远离b点至原来距离的
两倍
9.
(1)
> (2)
Gb
G0
(3)
见解析
[解析](1)
断裂处是在杆的重心C
处,设粗端部分的重心在D 处,重力
为G粗,细端部分的重心在E 处,重力
为G细,断裂前,若将杆秤悬挂起来,
则杠杆平衡,如图所示。根据杠杆的
平衡条件,G粗×CD=G细×CE,因
CD<CE,故G粗>G细,根据G=mg
可知,m粗>m细。(2)
杆秤为杠杆,O
为支点,设秤杆与秤钩的自身的重力
为阻力,大小为G,阻力臂为b,秤砣
的重力G0 为动力,秤杆上零刻度线
与提纽的距离即为动力臂,由杠杆的
平衡条件得G×b=G0×l ①;故秤
杆上零刻度线与提纽的距离l=GbG0
。
(3)
当在秤钩上挂一重物重为Gx,杆
秤刚好在水平位置平衡,秤砣距离支
点的距离为l',由杠杆的平衡条件得
Gx×a+G×b=G0×l' ②,②-①
得Gx×a=G0×(l'-l),l'-l为称
重时秤砣的位置与零刻度线的距离
lx,Gx×a=G0×lx,lx=
a×Gx
G0 ③
,
因a与G0都为常数,由③可知,秤砣
的位置与零刻度线的距离lx 和所称
物体的重力Gx 成正比,故杆秤刻度
是均匀的。
(第9题)
第3节 滑 轮
第1课时 定滑轮和动滑轮
1.
甲 费距离
2.
A 50 25 100 不变
3.
C 4.
12 24 12 1.2
5.
改变力的方向 小 [解析]吊桥
顶端的滑轮,使用时轴的位置固定不
34
99
专题特训(九) 杠杆问题的分析、判断、计算与作图
▶“答案与解析”见P41
类型一 杠杆问题的分析、判断与计算
1.
农忙时节,小明帮爷爷挑谷子,初次干农活的
他在左筐中装了20kg谷子,右筐中装了
25kg谷子,如果扁担的长度为1.8m,那么
他在距扁担左端 m处将谷子挑起来
才能使扁担水平(扁担和筐的重均不考虑);
为了方便行走,小明将两筐谷子同时向内移
动了0.1m,则需要在右筐增加约 kg
(结果保留一位小数)的谷子,才能基本保持
扁担水平。(g取10N/kg)
2.
(2024·达州通川期末)如图所示,轻质杠杆
AOB 可绕O 点转动,C、D 均为棱长为
10cm、重为20N的实心正方体物体,当物体
C 浸入水中8cm深时杠杆水平静止,A、B
两端的绳子均不可伸长且处于张紧状态。
AO∶OB=4∶3,ρ水=1.0×103kg/m3,g取
10N/kg。则此时杠杆A 端受到绳子的拉力
为 N,物 体 D 对 地 面 的 压 强 为
Pa。
(第2题)
(第3题)
3.
如图所示,一根足够长的轻质杠杆水平支在
支架上,OA=20cm,G1是棱长为5cm的正
方体,G2重为20N。当OB=10cm时,绳子
的拉力为 N,此时G1对地面的压强
为2×104Pa。现用一水平拉力F=10N,使
G2以5cm/s的速度向右匀速直线运动,经
过 s后,可使G1 对地面的压力恰好
为零;拉力F 做的功为 J。
4.
如图所示,重力不计的杠杆OAB,可绕O 点
在竖直平面内转动。质量为10kg的物体挂
在OA 的中点处。已知OA=40cm,AB=
答案讲解
30cm,OA 垂直于AB,杠杆与转动
轴间的摩擦忽略不计。要使杠杆平
衡,且OA 段处于水平位置,则物体
所受的重力为 N,作用于B端的最小
力的力臂等于 cm,该最小力的大小等
于 N。(g取10N/kg)
(第4题)
5.
(2024·常州武进校级一模)如图甲所示,长
1m的粗细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
系如图乙所示,则杠杆的重力为 N,
滑环的重力为 N。
(第5题)
6.
(2024·惠州惠城校级期末)如图所示,弯曲
杠杆可绕O 点转动,力F1、F2、F3分别先后
作用在弯曲杠杆上,都能使杠杆在图示位置
平衡,其中用力最小的是 ( )
(第6题)
A.
F1 B.
F2
C.
F3 D.
无法判定
7.
(2024·青岛市北校级模拟)如图所示,杠杆
水平静止,当拉力F 绕作用点A 转动时,为
保持杠杆水平平衡,F 大小随θ(F 方向与水
第十二章 简单机械
100
平方向的夹角)变化关系的图像中,符合实际
的是 ( )
(第7题)
A. B.
C. D.
8.
(2024·常州新北校级模拟)小健同学把一根
蜡烛截成长度不同的两段,竖立在轻质杠杆
的两边(支点在中点处)。调整使杠杆水平平
衡,如图所示。若同时点燃蜡烛(设燃烧速度
相同),则杠杆 ( )
(第8题)
A.
左端下沉 B.
右端下沉
C.
仍保持平衡 D.
条件不足,无法判断
答案讲解
9.
在某场“大力士”比赛中,参赛者要
把一质量m=400kg、棱长l=1m、
质量分布均匀的立方体,利用翻滚
的方法沿直线移动一段距离,如图所示。求:
(g取10N/kg)
(第9题)
(1)
立方体静止时对水平地面的压强。
(2)
翻滚立方体时,使立方体一边刚刚离开
地面,所用最小力F 的大小。
(3)
某参赛者用翻滚的方法使立方体沿直线
移动了10m,用时20s,该参赛者克服立方体
重力做功的功率(结果保留整数)。
类型二 杠杆问题的作图
10.
如图所示,举着哑铃的前臂骨可看成杠杆,
画出动力 F1 的示意图及阻力 F2 的力
臂l2。
(第10题)
11.
如图所示,轻质杠杆可绕O 点转动,杠杆上
悬挂一重物G,在力F 的作用下杠杆静止
在水平位置,l为F 的力臂,请在图中作出
动力F 的示意图和画出重物对杠杆的力的
力臂l2。
(第11题)
12.
如图所示,在桌面上施加一个最小力,使桌
子一端稍微离开地面,请作出该力的示意图
(保留作图痕迹)。
(第12题)
物理(人教版)八年级下