内容正文:
第18讲 杠杆 (建议用时:30 min)
一、选择题
1.(2025衢州风华学校三模)下列工具属于费力杠杆的是 ( )
A.道钉撬 B.筷子 C.瓶盖起子 D.天平
2.(2025杭州滨江区一模)用圆形磁块将长方形硬卡纸固定在黑板上,松手后下列固定方式中硬卡纸最容易转动的是 ( )
A B C D
3.(2025温州一模)在节假日悬挂灯笼营造喜庆氛围是民间传统的习俗。如图,将两个用相同材料制作的大、小灯笼分别悬挂在同一挑竿的不同挂钩下,其中固定绳索受到拉力最小的是 ( )
A B
C D
4.如图为坐式推肩训练器。健身杆能绕O点处的轴上下转动,配重片可增减,人在座椅上双手紧握把手竖直向上推杆以锻炼肩部肌肉。下列说法正确的是 ( )
第4题图
A.此健身杆是费力杠杆
B.手推N处时,配重越重用力越小
C.配重相同时,推N处比推M处费力
D.若改变M处推力方向,力臂始终不变
二、填空题
5.(2025台州温岭市二模改编)如图1,校园拔河比赛紧张刺激,看得大家热血沸腾。在拔河时,运动员的身体相当于杠杆,如果一方被拉得“转动起来”,即身体前倾后,向前扑倒,就容易输掉比赛。图2是拔河时人体的模型,已知运动员的质量为60千克,OA长度为0.6米,绳子到地面的距离OB为0.75米。(g取10牛/千克)
图1 图2
第5题图
(1)以拉力为动力,杠杆AOB是 (选填“省力”或“费力”)杠杆。
(2)对方若想让他向前倾,则对绳子的拉力至少为 牛。
6.为了增强市民身体素质,很多公园安装了各式各样的健身器材。使用如图所示的器材时,将配重片调节至合适的限位孔,紧握把手向下拉,支架就可以绕着转轴转动,底座上的缓冲垫可以防止支架回落时噪声过大、限位垫可以防止支架转动角度过大。已知配重片的质量为10千克,相邻限位孔之间距离为15厘米。(g取10牛/千克)
第6题图
(1)请在图中画出某同学在A位置向下拉把手的拉力F的力臂。
(2)该同学在A位置沿图中力F所示的方向刚好能用150牛的力拉动把手,拉力的力臂为30厘米,接着他将配重片向左移动了一个限位孔,再次在A位置沿图中力F所示的方向刚好拉动把手需要 牛的拉力。(不计支架和把手的重力以及支架和转轴间的摩擦力)
(3)该同学紧握把手同一位置沿竖直方向缓慢向下拉的过程中,拉力大小 (选填“变小”“不变”“变大”或“先变小后变大”)。
三、实验与探究题
7.(2025杭州富阳区一模)项目学习小组在使用密度计时发现由于刻度不均匀,估读时误差较大,为此准备制作一个刻度均匀的密度计。经过查阅资料发现杆秤是质量称量工具(如图甲),刻度是均匀的。使用时先把被测物体挂在秤钩处,提起秤纽,移动秤砣,当秤杆在水平位置平衡时,秤砣悬挂点对应的数值即为物体的质量。根据杆秤的工作原理和下列器材:木棒、塑料杯、细线、刻度尺、金属块(代替秤砣)。按照下列步骤制作了此密度计:
甲 乙
第7题图
步骤:①模仿杆秤结构,用杯子代替秤钩,先自制一根无刻度“密度秤”;
②杯中不加液体,提起秤纽,移动秤砣,当秤杆在水平位置平衡时(如图乙),将此时秤砣的悬挂点A标记为“0”刻度;
③杯中加水至a处,提起秤纽,移动秤砣;当秤杆在水平位置平衡时,将此时秤砣的悬挂点B标记为“?”刻度(单位:克/厘米3);
④ ▲ 。
(1)杆秤的工作原理是 。
(2)步骤③中,秤砣悬挂点B标记的刻度值应为 。
(3)如何在杆秤上标其他刻度(精确到0.1克/厘米3)?请将步骤④的操作补充完整: 。
(4)用多种密度已知的液体对出“密度秤”刻度准确度进行检验。为了制作出精确度更高的“密度秤”,请举出一项改进措施是 。
8.(2025湖州一模)如图为父子两人一起抬货物的示意图,F1、F2为父子两人肩膀所受压力。走在后边的儿子偷偷将货物从a位置移到b位置,则 ( )
第8题图
A.F1变大,F2变小
B.F1、F2保持不变
C.F1变大,F2变大
D.F1变小,F2变大
9.[模型建构]图甲所示的载货汽车,其前面为“单轴-单轮”(一根轴上有2个车轮),后面为“单轴-双轮”(一根轴上有4个车轮),如图乙所示。装货后该货车总质量为16吨,每个轮胎与地面的接触面积约为400厘米2。实际货车和货物整体的重心到前、后轴的距离一般不相等,常偏向车的后半部,为简化研究问题,假设整体重心C到前、后轴的距离相等,水平地面对货车前面两个车轮的作用力相等,等效作用在A点;水平地面对货车后面四个车轮的作用力均相等,等效作用在B点;因此,货车可看成水平杠杆,如图丙所示,AB距离等于前、后车轴间的距离,C在AB中点。g取10牛/千克。
(1)求货车在B点所受的总支持力。
(2)为了保护路面,需要限定车辆对路面的压强大小。只要车辆的任何一个轮胎对路面的压强超过限定值,即视为车辆超限。若某水平路面能承受的最大压强为7.0×105帕,请通过计算判断该货车是否超限。
第9题图
参考答案
1.B 2.D
3.B 【解析】图中的挑竿可以看做是一根杠杆,阻力为灯笼的重力,固定绳索的拉力为动力。该杠杆中支点和固定绳索的位置不变,所以其动力臂不变,根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2可知,阻力和阻力臂越小,动力就越小,故选B。
4.C 【解析】该坐式推肩训练器为杠杆,把手为动力作用点,配重片的压力为阻力,O为支点。人在座椅上双手紧握把手竖直向上推杆时,从支点到动力作用线的距离为动力臂L1,从支点到阻力作用线的距离为阻力臂L2。人在座椅上双手紧握把手竖直向上推杆时,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆,A错误;手推N处时,配重越重,阻力越大,根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2可知,所需的动力F1越大,B错误;配重相同时,推N处与推M处相比,动力臂更短,根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2可知,所需的动力F1越大,即更费力,C正确;若改变M处推力方向,从支点作垂线垂直于推力方向作为动力臂L1,力臂长度发生改变,D错误。
5.(1)省力 (2)480
【解析】(1)动力臂OB大于阻力臂OA,则杠杆AOB是一个省力杠杆;(2)根据杠杆的平衡条件可得G人×OA=F拉×OB,即60 kg×10 N/kg×0.6 m=F拉×0.75 m,解得F拉=480 N。
6.(1)如答图所示 (2)200 (3)变小
第6题答图
7.(1)杠杆平衡条件(F1L1=F2L2) (2)1.0
(3)以A、B两点之间的长度的为标准,在整根秤杆上均匀地标上刻度
(4)减小秤砣的质量(合理即可)
8.D 【解析】走在后边的儿子偷偷将货物从a位置移到b位置,对于父亲来说,儿子的肩膀为支点,此时阻力大小不变,阻力臂变小,动力臂不变,根据杠杆的平衡条件可知,父亲施加的力变小,即F1变小;对于儿子来说,父亲的肩膀为支点,此时阻力大小不变,阻力臂变大,动力臂不变,根据杠杆的平衡条件可知,儿子施加的力变大,即F2变大,D正确。
9.解:(1)货车的总重力G=mg=16×103 kg×10 N/kg=1.6×105 N
设前轴的总支持力为F1,后轴的总支持力为F2
以A点为支点,后轴的总支持力F2为动力,货车重力G为阻力,如解图所示,其中AB为动力臂L1,AC为阻力臂L2
第9题解图
根据杠杆平衡条件得,F2L1=GL2
又因为C在AB的中点,所以 L1= 2L2
代入数据得,F2=G==8×104 N
B点所受的总支持力为8×104 N
(2)A点所受的总支持力F1=G-F2=1.6×105 N-8×104 N=8×104 N
每个轮胎与地面的接触面积
S=400 cm2=400×10-4 m2=0.04 m2
前轴2 个轮子,每个轮子对地面的压力
F前=F1=×8×104 N=4×104 N
后轮受到总支持力F2=8×104 N
每个后轮受力F后=F2=2×104 N
因F前>F后,则p前>p后
前轮单个轮胎的压强p前===1.0×106 Pa
前轴单个轮胎的压强1.0×106 Pa>7.0×105 Pa
货车的前轴轮胎对路面的压强超过了限定值,该货车超限
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