内容正文:
主题二 力学
专项08 简单机械——杠杆、滑轮 (解析版)
目 录
1
10
考点一 杠杆及其五要素 10
考点二 杠杆作图 12
考点三 杠杆的平衡条件 15
考点四 实验探究——杠杆的平衡条件 19
考点五 定滑轮与动滑轮 25
考点六 滑轮组 28
33
33
1.(2025·四川达州·模拟预测)建筑工人利用如图所示的杠杆吊起一桶水(杠杆始终保持水平)。挂在端的桶重,内部底面积为,桶内装有的水,水深。重的工作人员用绳子竖直拉住端,工作人员的双脚与地面的接触面积,。下列计算结果错误的是(,g取)( )
A.水对桶底的压强为 B.水对桶底的压力为
C.人对地面的压力为 D.人对地面的压强为
【答案】C
【详解】A.水对桶底的压强,故A正确,不符合题意;
B.由可得,水对桶底的压力,故B正确,不符合题意;
C.OA∶OB=1∶3,即;由杠杆平衡条件可得
代入数据有
解得
人对地面的压力
地面对人的支持力和人对地面的压力是相互作用力,大小相等,故C错误,符合题意;
D.人对地面的压强;故D正确,不符合题意。
故选C。
2.(2025·四川广元·二模)中国空间站机械臂是对“人类手臂”最真实的还原,可随时实现对空间站舱体表面的巡检。下列杠杆中与空间站机械臂同属于费力杠杆的是( )
A.用羊角锤拔钉子 B.开瓶起子
C.用钢丝钳剪铁丝 D.锄地时举起锄头
【答案】D
【详解】羊角锤拔钉子时动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆。开瓶起子使用时动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆。钢丝钳剪铁丝时动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆。 锄地时举起锄头动力臂小于阻力臂,属于费力杠杆。故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
3.(2025·四川绵阳·模拟预测)用如图所示的滑轮组(绳与滑轮质量不计、绳与滑轮间的摩擦不计)提升重力为G的物体,自由端的拉力为F。下列说法正确的是( )
A.拉力F的大小为重力G的
B.拉力F的大小为重力G的
C.绳自由端移动的距离s是物体上升高度h的
D.绳自由端移动的距离s是物体上升高度h的8倍
【答案】A
【详解】绳与滑轮质量不计、绳与滑轮间的摩擦不计,根据同绳同力,受力分析如下:
根据力的平衡,对物体受力分析,由图可知
解得
即拉力F的大小为重力G的。
由图可知,动滑轮上绳子承重段数为4,则绳自由端移动距离与物体上升高度的关系
即绳自由端移动的距离s是物体上升高度h的4倍。
故选A。
4.(2024·四川达州·一模)如图甲所示,用拉力F竖直向上匀速提升重720N的货物,货物移动的距离与时间的关系如图乙所示。滑轮的机械效率为90%,不计绳重和摩擦,则( )
A.绳子自由端移动的速度为0.5m/s B.动滑轮重80N
C.拉力F的功率为360W D.拉力F为800N
【答案】B
【详解】A.由图乙可知,当货物上升2m,所用的时间为4s,则货物移动的速度为
由图可知n=2,绳子自由端移动的速度为
故A不符合题意;
B.不计绳重和摩擦,拉力F为
解得G动=80N
故B符合题意;
C.拉力F的功率为
故C不符合题意;
D.该动滑轮的机械效率为
解得F=400N
故D不符合题意。
故选B。
5.(2025·四川广元·二模)小小夹雪球神器让小朋友的雪球更加的形状多样,雪地里平添了许多玩法。夹雪球神器可以看作是一种杠杆,小朋友在使用时让手尽可能地靠近手柄末端是想要( )
A.增大动力臂 B.减小动力臂 C.增大阻力臂 D.减小阻力臂
【答案】A
【详解】根据杠杆平衡的条件可知,阻力臂和阻力大小一定,动力臂越长,动力越小,越省力,所以小朋友在使用时让手尽可能地靠近手柄末端是想要增大动力臂,故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
6.(2025·四川成都·三模)赛龙舟是端午节习俗之一。如图所示,选手们用力向后划水,龙舟向前运动,选手以桨上端为支点,另一只手握住桨的中部用力划水,桨属于 (选填“省力”“等臂”或“费力”)杠杆;赛龙舟比赛结束后,选手们陆续从龙舟上下来,龙舟所受浮力 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
【答案】 费力 变小
【详解】[1]选手以桨上端为支点,另一只手握住桨的中部用力划水,动力臂小于阻力臂,动力大于阻力,桨属于费力杠杆。
[2]龙舟漂浮在水面上,受到的浮力等于龙舟和人的总重力,选手们陆续从龙舟上下来,总重力变小,浮力变小。
7.(2025·四川德阳·二模)如图甲是我国古代汲水装置——桔槔,图乙是它水平静止时的简化模型,不计杠杆自重的影响,此时配重物重力为G1=100N,L1∶L2=2∶1,水桶重G2= N。此时若L1减小,则右侧的水桶将 (选填“上升”、“不变”或“下沉”)。
【答案】 200 下沉
【详解】[1]根据杠杆平衡条件,已知L1∶L2=2∶1,可得100N×2L2=F2×L2
解得水桶重G2=F2=200N
[2]当L1减小时,左侧减小,则右侧,因此右侧的水桶会下沉。
8.(2025·四川绵阳·一模)在“探究定滑轮和动滑轮特点”的实验中,小松又设计了如图丙所示滑轮组:
物体A、B的重分别为40N、20N,动滑轮重为10N,此时物体A在水平面上向右以2m/s做匀速直线运动(绳子和滑轮间的摩擦不计),物体B下落速度为 m/s;若用力F向左拉物体A,使物体A向左做匀速直线运动,所需力的大小为 N。
【答案】 1 30
【详解】[1]图中滑轮组的动滑轮绕2段绳,B物体下落速度为
[2]绳子和滑轮间的摩擦不计,绳子的拉力
由物体间力的作用是相互的可知,物体A受到的拉力为FA'=FA=15N
此时物体A在水平面上向右做匀速直线运动,则物体A受到的摩擦力为f=FA'=15N
当物体A向左运动时,由于物体A对水平面的压力和接触面的粗糙程度均不变,则物体A受到的摩擦力不变,方向向右,要使物体A向左做匀速直线运动,则向左拉物体A的力F=f+FA'=15N+15N=30N
9.(2025·四川乐山·一模)小颖同学用20N的水平拉力F将如图重100N的物体M向左匀速拉动,物体以0.2m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动,则在此过程中,拉力F的功率为 W,物体重力做功为 J。(滑轮重、绳重、摩擦均忽略不计)
【答案】 12 0
【详解】[1]由图知,动滑轮上的绳子股数n=3,则绳子自由端移动的速度为
拉力F的功率为
[2]重力的方向竖直向下,物体在水平地面上向左匀速运动,没有在重力的方向上移动距离,根据做功的条件可知,重力没有做功,即做功为0。
10.(2025·四川宜宾·模拟预测)在探究杠杆的平衡条件实验中,所用的实验器材有:每小格等长的均质杠杆、铁架台、刻度尺、细线和若干个重为0.5N的钩码。
(1)铁架台放置于水平桌面,为了便于测量力臂,要将如图甲杠杆调节在 位置平衡,此时应将平衡螺母适当往 (选填“左”或“右”)调;
(2)杠杆调节好后,进行了三次实验,实验情景如图乙、丙、丁,以左右两边钩码的重力分别为动力F1和阻力F2,对应的力臂为L1和L2,由此可得杠杆的平衡条件是 ;
(3)实验中进行多次实验的目的是___________(选填“A”或“B”);
A.取平均值减少误差 B.使实验结论具有普遍性
(4)将如图丁杠杆两边的钩码各撤掉1个,则杠杆 (选填“保持平衡”、“左端下沉”或“右端下沉”);
(5)如图戊,用细绳竖直向上拉,使杠杆在水平位置平衡,则拉力F为 N;若将细绳转到虚线位置,仍要保持杠杆在水平位置平衡,则拉力F的力臂将 ,拉力F的大小将 (选填“保持不变”、“减小”或“增大”)。
【答案】(1) 水平 左
(2)F1L1=F2L2
(3)B
(4)左端下沉
(5) 1 减小 增大
【详解】(1)[1]为便于测量力臂,需将杠杆调节在水平位置平衡,此时力臂与杠杆重合,可直接用刻度尺测量。
[2]图甲中杠杆左端高、右端低,表明右端要重一些,应将平衡螺母应向左调。
(2)通过图乙、丙、丁的实验数据分析可知,动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积,可得杠杆的平衡条件是。
(3)探究杠杆平衡条件时,多次实验是为了使实验结论具有普遍性,避免偶然性,故A不符合题意,B符合题意。
故选B。
(4)设每格长度为L,每个钩码重0.5N。撤掉一个钩码后,左边关系式为,右边的关系式为
所以左端下沉。
(5)[1]设每格长度为L,每个钩码重0.5N。根据杠杆的平衡条件可得,
解得F2=1N,即F为1N。
[2][3]细绳转到虚线位置时,拉力F的力臂将减小,根据杠杆的平衡条件,阻力和阻力臂不变,力臂减小则拉力F将增大。
11.(2025·四川成都·一模)图甲是打开的汽车后备箱盖,它被液压杆支撑(不计后备箱盖重)。关箱盖时,它可看作一个杠杆,图乙是其简化图:O是支点,F2是液压杆作用在A点的阻力。请在图乙中画出:在B点关上后备箱盖的最小动力F1和阻力臂L2。
【答案】
【详解】过支点作的作用线的垂线,该垂线段为力臂。根据杠杆的平衡条件可知,在杠杆中的阻力、阻力臂一定的情况下,要使所用的动力最小,必须使动力臂最长;由图可知,OB作为动力臂最长,最省力,阻力方向向上,因此动力方向向下,如图所示:
12.(2025·四川南充·模拟预测)用如图所示装置匀速提升水中的物体(物体始终未露出水面)。第一次提升物体A,体积为VA=6×10-4m3,人对绳子竖直向下的拉力为F1,人拉力的功率为P1,A物体移动的速度为v1=0.4m/s,机械效率为η1;第二次提升重为GB=15N的物体B,人对绳子竖直向下的拉力为F2,人拉力的功率为P2,B物体移动速度为v2,机械效率为η2。已知:功率P1∶P2=7∶6,η1∶η2=8∶7,物体A、B的体积VA∶VB=1∶2,重力GA∶GB=4∶5,忽略绳重、绳与滑轮间摩擦及液体对物体的阻力,问:
(1)物体B所受的浮力FB浮;
(2)动滑轮的重G动;
(3)人提升物体B时,绳子自由端移动的速度。
【答案】(1)12N
(2)2N
(3)0.3m/s
【详解】(1)物体A、B的体积,则
因物体始终未露出水面,则物体B所受的浮力
(2)已知,则
物体A所受的浮力
对A和动滑轮进行受力分析,如下图所示:
忽略绳重、绳与滑轮间摩擦及液体对物体的阻力,有
同理,对B和动滑轮进行受力分析,
忽略绳重、绳与滑轮间摩擦及液体对物体的阻力,有
因
解得。
(3)匀速提升A、B物体时,人的拉力分别为,
根据可知
则
考点一 杠杆及其五要素
1.(2025·绵阳安州·三模)生活中大部分的简单机械可以看作杠杆,下列说法正确的是( )
A.能够省力的机械有①④
B.图②中将鱼提起的过程中,支点在B点
C.属于省距离杠杆的有①②
D.图③中将石头撬起,比更省力
【答案】C
【详解】A.镊子、钓鱼竿属于费力杠杆;撬棒、斜面属于省力机械,故A错误;
B.图②中将鱼提起的过程中,动力作用在B点,绕A点转动,所以支点在A点,故B错误;
C.镊子、钓鱼竿使用时费力,但可以省距离,故C正确;
D.图③中将石头撬起,沿F上方向时,支点在B点,阻力作用在C点;沿F下方向时,支点在D点,阻力作用点在C点,两种情况相比,沿F上用力,动力臂与阻力臂的比值更大,根据公式可知,更省力,故D错误。
故选C。
2.(2024·四川乐山·模拟预测)如图在划龙舟比赛活动中,下列有关说法中错误的是( )
A.赛前龙舟漂浮在水面上时,龙舟所受的浮力和重力是一对平衡力
B.桨往后划,龙舟前进,是因为力的作用是相互的
C.划龙舟的桨是一个省力杠杆
D.停止划桨后,龙舟还会继续前进一段距离,是因为龙舟具有惯性
【答案】C
【详解】A.龙舟漂浮在水面上时,龙舟所受的浮力等于重力,受合力为0,所受的浮力和重力是一对平衡力,故A正确,不符合题意;
B.桨往后划,给了水一个向后的作用力,同时也受到水向前的作用力,龙舟前进,说明物体间力的作用是相互的,故B正确,不符合题意;
C.由图可知,在划桨时,手移动很小的距离,船桨就能移动很大的距离,因此船桨的动力臂小于阻力臂,是费力杠杆,故C错误,符合题意;
D.停止划桨后,因为物体有惯性,龙舟还会继续前进一段距离,故D正确,不符合题意。
故选C。
3.(2025·四川南充·模拟预测)以下实例所蕴含的物理知识正确的是( )
A.甲:将自制气压计由一楼拿到六楼,细玻璃管中液面升高,说明大气压随高度的增加而变大
B.乙:人体的前臂骨骼可以看成是省力杠杆
C.丙:神舟飞船与天宫实验室对接成功后两者相对静止
D.丁:拦河坝A点受到水的压强是1×105Pa
【答案】C
【详解】A.细玻璃管中液面升高,是因为外界气压减小,瓶内的水在水面上方气压作用下被压入玻璃管,使管内液面上升,说明大气压随高度的增加而变小,故A错误;
B.由图可知,人体的前臂骨骼使用过程中,动力臂小于阻力臂,属于费力杠杆,故B错误;
C.神舟飞船与天宫实验室对接成功后,它们之间的位置不再发生变化,两者相对静止,故C正确;
D.由图可知,拦河坝点的深度
水的密度,根据液体压强公式可得,拦河坝点受到水的压强是
故D 错误。
故选 C。
4.(2024·四川广安·二模)如图所示是救援队配备的钢筋剪,利用钢筋剪可以将楼体的钢筋剪断,以便对楼内人员进行施救,在使用时,钢筋剪是 (选填“省力”或“费力”)杠杆。钢筋剪的握柄较粗,使用时可以 (选填“增大”或“减小”)握柄对手的压强,让人更舒适。
【答案】 省力 减小
【详解】[1]钢筋剪可看作两根杠杆组合而成,转轴为支点,在使用时,手离轴较远,钢筋离轴较近,动力臂大于阻力臂,钢筋剪是省力杠杆。
[2]钢筋剪的握柄较粗,使用时通过增大受力面积可以减小握柄对手的压强,让人更舒适。
考点二 杠杆作图
5.(2026·四川南充·一模)在杠杆上的A点挂一重物,在B点对杠杆施加一个最小的力,使杠杆平衡在如图所示的位置.试画出这个力的示意图以及它的力臂。
【答案】
【详解】由杠杆平衡条件可知,阻力和阻力臂不变,当动力臂最长时动力最小。动力臂最长即OB的长度,故连接OB两点,过B点作出OB的垂线,力F即最小的力,如图所示:
6.(2025·四川成都·模拟预测)图甲为我国古人运送巨木的劳动情景示意图。他们通过横杆、支架、石块等,将巨木的一端抬起,图乙是其简化示意图,O是支点,A是人的施力点,B是绳子的悬挂点,杆自重不计,请在图乙中作出:在A点施加的最小动力F及其力臂L。
【答案】
【详解】由杠杆平衡条件可知,在阻力跟阻力臂的乘积一定时,动力臂越长,动力越小;图中O是支点,因此以OA作为动力臂,则动力臂最大,动力的方向垂直OA向下,如图所示:
7.(2025·四川宜宾·模拟预测)小明用如图所示装置提升一个重物,要在杠杆的A端作用一个最小的力F使杠杆平衡,请你在图中画出物体重力G、力F的力臂L、力F的示意图。
【答案】
【详解】重力的方向是竖直向下的。根据杠杆平衡的条件,重力乘以重力的力臂等于F乘以L,重力乘以重力的力臂为定值,当力臂是OA时,力臂最大,此时力F最小,画出力臂L和力F如图所示:
8.(2025·四川遂宁·二模)按要求作图:
(1)如图甲所示为搬花神器,用它把花盆抬起时,相当于一个绕O点转动的杠杆。其简化示意图如图乙所示,请在乙图中画出花盆所受重力的示意图(O'为其重心)和杠杆平衡时作用在A点的最小动力F1。
(2)一凹透镜放在平面镜上,一束平行光平行主光轴射凹透镜,画出光束经透镜和平面镜的光路图。
【答案】(1)
(2)
【详解】(1)花盆所受重力作用在重心上,方向竖直向下;由图中可知,花盆对杠杆的压力为阻力,因阻力与阻力臂不变,由杠杆的平衡条件可得,要使动力最小,则动力臂应最大,由图可知,最大动力臂为OA,故过A点作OA的垂线即为最小动力F的方向,因阻力方向竖直向下,故动力F方向应垂直于OA斜向下,杠杆才能保持平衡。如图所示:
(2)平行于主光轴的光线经凹透镜折射后,其折射光线的反向延长线过焦点,折射光线入射到平面镜上,画出法线,根据反射角等于入射角画出反射光线,如图所示:
考点三 杠杆的平衡条件
9.(2025·四川乐山·一模)婷婷周末回到到乡下接过外婆肩上的担子学习挑担技巧,假如一个框子重,一个框子轻,在不考虑手臂帮扶的情况下挑起担子让扁担处于水平平衡,请根据杠杆平衡知识判断下列说法正确的是( )
A.肩膀应靠近“重的一头”
B.肩膀应靠近“轻的一头”
C.肩膀应居于扁担正中间
D.挑着担子走路时扁担会上下“闪动”,此时一定是一个筐子向上,一个向下
【答案】A
【详解】ABC.假如一个筐子重一个筐子轻(一头重一头轻),在不考虑手臂帮扶的情况下挑起担子让扁担处于水平平衡,根据杠杆的平衡条件可知,则重的一头动力大,必须动力臂较小,因而支点即肩膀必须靠近较重的一头,故BC错误,A正确;
D.挑着担子走路,扁担一般会上下颤动,由于杠杆仍然平衡,则动力臂同时增大或同时减小,即两侧同时向下或同时向上,即一个筐子向上运动同时另一个筐子向上运动,故D错误。
故选A。
10.(2024·四川绵阳·模拟预测)如图所示,质量可忽略不计的均匀长板AB水平放置,可绕水平固定转轴B自由转动,质量为2m的物体放在A端,一条轻绳绕过两个定滑轮,一端固定在板的中点,另一端握于人的手中,人用力竖直向下拉绳。若g已知,忽略摩擦,则要使长木板的A端离开地面,人作用于绳子的最小拉力是( )
A.2mg B.3mg C.4mg D.6mg
【答案】C
【详解】木板受到物体的压力2mg(作用在A点),以及绳子通过滑轮对木板的中点产生的拉力。物体由于质量可忽略不计的均匀长板AB水平放置,所以物体对木板的压力等于其重力2mg。当长木板的A端离开地面时,木板处于杠杆平衡状态。因为拉力的力臂为压力的力臂的二分之一,根据杠杆平衡条件可知,拉力的大小为物体对木板的压力的2倍,即4mg。因为绳子绕过两个定滑轮,人的拉力等于木板受到的拉力。所以,人作用于绳子的最小拉力是4mg。
故选C。
11.(2024·四川绵阳·模拟预测)小明骑独轮车,以速度v匀速通过水平独木桥,独木桥的两端由两根竖直支柱A、B支撑,A、B间距离为L,人和车的总重为G,如图所示。假设独轮车在A端支柱上方为初始时刻(),则B端支柱所受压力与时间t的关系图像为(不考虑独木桥重力及形变)( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【详解】依题意得,不考虑独木桥重力及形变,将独木桥看作杠杆,支点为A,小明与车的重力为阻力,B点对桥的支持力为动力,小明前进的距离就是阻力臂,则阻力与动力臂不变,由得,阻力臂为
由杠杆平衡条件得
则B点对桥的支持力
由力的相互作用得,B端支柱所受压力
则B端支柱所受压力FB与时间t成正比,对应的图像是过原点的直线,故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
12.(2025·四川广元·一模)停车场入口处常用横杆来控制车辆的进出,如图甲所示。我们可以把该装置简化成如图乙所示的杠杆,若横杆 AB 粗细相同、质量分布均匀, 重力 G=120N,AB=2.8m,AO=0.3m。该杠杆属于 (选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆;要使横杆AB保持水平平衡,需在 A 端施加竖直向下的力 F= N。
【答案】 费力 440
【详解】[1][2]横杆AB粗细相同、质量分布均匀,则横杆的重心在AB中点,故阻力(重力)G的力臂为
动力力F的力臂
由于动力臂小于阻力臂,所以该杠杆属于费力杠杆。
由杠杆平衡条件得
解得
故需在A端施加竖直向下的力为440N。
13.(2025·四川成都·一模)如图所示,是使用手机和自拍杆自拍时的示意图。已知自拍杆长1m(质量忽略不计),手机对杆竖直向下的作用力为F2,手垂直于杆的动力为F1.由此可知,此时自拍杆相当于一个 (选填“省力”“等臂”或“费力”)杠杆。若自拍杆长度、F2的大小和方向以及F1的位置不变,且F1始终垂直于自拍杆,增大自拍杆与水平方向夹角θ(θ<90°)的过程中,F1的大小将 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
【答案】 费力 变小
【详解】[1]根据图中动力臂比阻力臂小,故是费力杠杆。
[2]增大自拍杆与水平方向夹角θ(θ<90°)的过程中,动力臂不变,而阻力臂减小,根据
则动力减小。
考点四 实验探究——杠杆的平衡条件
14.(2025·四川广安·模拟预测)实验小组通过探究杠杆的平衡条件,来解释桔槔的使用原理。
(1)实验前,杠杆水平静止如下图甲所示,将杠杆左下角物块M取走后,不调节平衡螺母,杠杆 保持水平位置静止(选填“仍能”或“不能”);
(2)调节杠杆水平平衡,进行多次实验,通过数据记录分析,归纳出杠杆的平衡条件是 ;
(3)如下图乙,此时在左、右侧钩码下端各加挂一个钩码,杠杆会 (选填“左端下沉”或“右端下沉”);
(4)桔槔是我国古代的取水工具,如下图甲,在井边竖一根树杈,架上一根横木,横木的一端绑上大石块,另一端系绳和水桶,简化图如下图乙。若水桶盛满水后,为减小人向上提水的拉力,根据杠杆的平衡条件,可以 (选填“增大”或“减小”)石块质量或移动杠杆的支点。
【答案】(1)仍能
(2)F1l1=F2l2
(3)右端下沉
(4)增大
【详解】(1)图甲杠杆的重力作用线过支点,将杠杆左下角物块M取走后,不调节平衡螺母,杠杆的重力作用线仍过支点,所以杠杆在水平位置仍能静止。
(2)通过多次实验归纳,杠杆的平衡条件是,即
(3)设每个钩码重力为,由图可得,原状态:左端
右端
杠杆平衡;左右各加1个钩码后:左端
右端
因为,所以杠杆会右端下沉。
(4)桔槔是杠杆,水桶为阻力、石块为动力。若水桶盛满水后,阻力变大,根据杠杆平衡条件,增大石块质量,可以减小向上提水的拉力,因此应增大石块质量。
15.(2025·四川宜宾·模拟预测)如图所示,是小明利用刻度均匀的匀质杠杆进行探究“杠杆的平衡条件”的实验。
(1)实验前,小明将杠杆的中点置于支架上,当杠杆静止时,发现杠杆右端下沉,这时他应将平衡螺母向 (选填“左”或“右”)端调节,直到杠杆在水平位置平衡,这样做的目的是为了方便读出 。
(2)小明悬挂钩码前顺便测量了一个钩码受到的重力,如图所示,测力计的示数是 N。
(3)在A点悬挂两个钩码,要使杠杆在水平位置平衡,需在B点悬挂 个钩码在此基础上小明继续实验:
①在A、B下方再增挂一个钩码,则杠杆 端将下沉(选填“左”或“右”)。
②将增加的钩码取下来后,再取走悬挂在B点的钩码,改用弹簧测力计在C点竖直向上拉,使杠杆在水平位置平衡,则测力计的拉力为 N
③小明再次改变弹簧测力计拉力的方向,使之斜向右上方,杠杆仍然在水平位置平衡,则测力计的读数将 (选填“变大”或“变小”或“不变”)。
(4)实验中需要进行多次实验,其目的是 (选填“A”或“B”)。若以左右两边钩码的重力分别为动力F1和阻力F2,对应的力臂为L1和L2,可得出杠杆的平衡条件是 (选填“C”或“D”)。
A.取平均值减小误差 B.使实验结论具有普遍性
C.F1L1=F2L2 D.F1L2=F2L1
【答案】(1) 左 力臂
(2)0.5
(3) 3 左 0.75 变大
(4) B C
【详解】(1)[1]杠杆右端下沉,说明杠杆的右端偏重,应将平衡螺母向左调节至杠杆在水平位置平衡。
[2]因杠杆受力的方向竖直向下,杠杆在水平位置平衡时,力臂与杠杆重合,因此实验中使杠杆在水平位置平衡的目的是为了便于测量力臂。
(2)图中弹簧测力计的分度值是0.2N,读数为0.5N。
(3)[1]设钩码的重力为G,杠杆一格的距离为L,根据杠杆平衡条件可得
解得,因此需在B点悬挂3个钩码。
[2]在A、B下方再增挂一个钩码,杠杆左端力与力臂的乘积为
杠杆右端力与力臂的乘积为
由于,因此杠杆左端下沉。
[3]将增加的钩码取下来后,A位置钩码施加的拉力为1N,用弹簧测力计在C点竖直向上拉,根据杠杆平衡条件可得
解得。
[4]改变弹簧测力计拉力的方向,使之斜向右上方,由于A点施加的拉力与力臂不变,C点力臂变短,根据杠杆平衡条件可知,C点的力会变大,即弹簧测力计的示数会变大。
(4)[1]本题为探究性实验,实验中多次实验,是为了得出普遍性结论,避免偶然性,故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
[2]杠杆调节好后,进行了多次实验,实验情景如图所示,以两边钩码的重力分别为动力F1和阻力F2,对应的力臂为L1和L2,可得出的杠杆的平衡条件是:动力×动力臂=阻力×阻力臂,用公式表示为。故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
16.(2025·四川·模拟预测)在“探究杠杆的平衡条件”实验中,每个钩码的重力相等,杠杆的刻度均匀。
(1)调平时,应该让杠杆静止在水平位置,其目的是 。
(2)小周同学所在实验小组完成某次操作后,实验现象如图甲所示,他们记录的数据为:动力F1=1.5N,动力臂l1=0.1m,阻力F2=1N,则阻力臂l2= m。
(3)下列四个因素中,不会带来实验误差的是 。
A.铁架台自身的重力足够大 B.单个钩码的重力不完全相等
C.悬挂钩码的绳套重力偏大 D.杠杆与转轴之间的摩擦偏大
(4)用图乙的装置的方式悬挂钩码,杠杆也能水平平衡,但老师建议同学不宜采用这种方式,该方式的不足主要是因为 。
A.一个人无法独立操作 B.力臂与杠杆不重合
C.力和力臂的数目过多,不易得出结论 D.杠杆受力不平衡
【答案】(1)便于测量力臂值
(2)0.15
(3)A
(4)C
【详解】(1)调节杠杆平衡时,应让杠杆静止在水平位置,这样钩码的重力作用线和杠杆垂直,力臂和杠杆重合,力臂可以直接读出,故杠杆静止在水平位置的目的是便于测量力臂的大小。
(2)根据杠杆的平衡条件可知,阻力臂
(3)A.铁架台自身的重力足够大,目的是使杠杆稳定,对杠杆的平衡无影响,故A符合题意;
B.单个钩码的重力不完全相等,则多个钩码总重力无法确定,对实验结果有影响,故B不符合题意;
C.悬挂钩码的绳套重力偏大,会对力的真实值有影响,故C不符合题意;
D.杠杆与转轴之间的摩擦偏大,会影响杠杆的灵敏度,对测量结果会造成误差,故D不符合题意。
故选A。
(4)A.如图乙所示,一个人也可独立操作,故A不符合题意;
B.如图乙所示,杠杆在水平位置平衡时,力臂与杠杆重合,故B不符合题意;
C.如图乙所示,共有三个力和三个力臂,它们的组合比较多,数据处理时不易得出正确结论,故C符合题意;
D.杠杆静止时受力平衡,故D不符合题意。
故选C。
17.(2025·四川泸州·一模)在探究“杠杆平衡条件”的实验中:
(1)挂钩码前,杠杆在如图甲所示位置静止,此时我们常把杠杆的平衡螺母向 调,直至杠杆在水平位置平衡。调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡,目的是为了更方便测量 ;
(2)如图乙,在A点挂3个质量均为50g的钩码,在B点用弹簧测力计竖直向下拉杠杆,使其在水平位置平衡,g取10N/kg,弹簧测力计的示数为 N;
(3)如图丙,左边的钩码个数和位置保持不变,弹簧测力计的作用点固定,只改变其与水平方向的夹角θ,仍使杠杆水平方向平衡,能描述测力计示数F与θ和F与动力臂l变化关系大致图像的有___________;
A. B. C. D.
(4)在实验中,改变力和力臂的大小得到多组数据的目的是___________。
A.使测量数据更准确
B.多次测量取平均值减小误差
C.避免偶然性,使实验结论具有普遍性
【答案】(1) 右 力臂
(2)3
(3)AD
(4)C
【详解】(1)[1]杠杆左端下沉,右端上翘,平衡螺母应向上翘的右端移动。
[2]使杠杆在水平位置平衡,力臂在杠杆上,便于测量力臂大小。
(2)一个钩码质量,3个钩码重力
设杠杆一个小格为,根据杠杆平衡条件,,解得
(3)AB.当测力计与水平方向夹角从到,动力臂逐渐变大,因阻力和阻力臂乘积不变,根据杠杆平衡条件,动力逐渐变小;当时,动力臂达到最大,动力最小。当测力计与水平方向夹角从到,动力臂逐渐变小,动力逐渐变大;但时动力臂为0,杠杆无法平衡,实际实验中不会到。故A符合题意,B不符合题意。
CD.又因为阻力和阻力臂的乘积不变,由(为定值),可知与成反比,故C不符合题意,D符合题意。
故选AD。
(4)本实验多次改变力和力臂大小,是为了避免偶然性,使实验结论具有普遍性,故C符合题意。
故选C。
18.(2025·四川宜宾·二模)同学们利用蜡烛、细铁丝、杯子等制作了一个蜡烛“跷跷板”,如图甲。一端烛油滴下时,此端就上升,两端交替上下。为了寻找上述现象的原因,同学们用铁架台、杠杆(已在水平位置平衡)、质量相等的钩码等器材进行以下探究。
(1)图乙中杠杆水平平衡,分别改变一侧钩码的个数或悬挂位置,发现杠杆不再平衡。
小聪认为:影响杠杆平衡的因素是力的大小和支点到力的作用点的距离;
小明认为:影响杠杆平衡的因素是力的大小和支点到力的作用线的距离。
为判断谁的观点正确,同学们利用图丙中水平平衡的杠杆进行实验,保持B处悬挂钩码的个数和位置不变。
①把A处量挂的钩码改挂在C处,发现杠杆不再平衡。与A处相比,支点到力的作用点的距离 (选填“变小”“不变”或“变大”);
②把A处悬挂的钩码改挂在D处,发现杠杆仍保持平衡,这两种情况下 的距离不变;
③由此初步判断 的观点是正确的;
(2)明确影响因素后,同学们利用图乙的器材探究杠杆平衡的条件,将实验数据记录在设计的表格中。
实验次数
动力
a
阻力
b
1
1.0
10
2.0
5
2
1.5
5
0.5
15
3
2.0
15
1.5
20
①表格中a处应填写的内容是 ;
②分析表中数据,得出杠杆平衡的条件是 ;
③若在图乙中杠杆两侧钩码下端各加挂一个钩码,杠杆 端下沉;
(3)交替上下的蜡烛“跷跷板”,一端烛油滴下时,此端上升。原因是此端力和力臂的乘积变 。
【答案】(1) 不变 支点到力的作用线 小明
(2) 动力臂l1/cm 动力×动力臂=阻力×阻力臂 左
(3)小
【详解】(1)[1][2][3]由题意知,OD>OA=OC,当把A处悬挂的钩码改挂在C处,支点到力的作用点的距离不变,但杠杆不再平衡;把A处悬挂的钩码改挂在D处,支点到力的作用线的距离相同,发现杠杆仍保持平衡;因此可知影响杠杆平衡的因素是力的大小和支点到力的作用线的距离,故小明的观点是正确的。
(2)[1]由杠杆平衡条件可知,还需要测量力臂,因此a处应填:动力臂l1/cm,b处应填:阻力臂l2/cm。
[2]由表中数据可知,每一组实验中动力与动力臂的乘积都等于阻力与阻力臂的乘积,故得出杠杆的平衡条件是:动力×动力臂=阻力×阻力臂。
[3]设一个钩码的重为G,标尺上一格的长度为L,则在图乙中杠杆两侧钩码下端各加挂一个钩码,此时左侧2G×2L=4GL
右侧3G×L=3GL
故杠杆左端下沉。
(3)当一端烛油滴下时,此端蜡烛的重力变小,导致此端的力和力臂的乘积变小,杠杆失去平衡,所以此端上升。
考点五 定滑轮与动滑轮
19.(2024·四川成都·三模)为了探究“二力平衡的条件”,实验小组的同学设计了如图所示的实验。F1是小车受到的向左的拉力。F2是小车受到的向右的拉力。F1与F2在同一水平直线上,下列说法不正确的是( )
A.F1、F2的大小相等时,小车一定处于平衡状态
B.实验装置中使用定滑轮是为了省力
C.为了减小摩擦力对实验的影响,应尽量选用光滑的水平桌面
D.将小车水平扭转一个角度可探究相互平衡的两个力是否在一条直线上
【答案】B
【详解】A.由图可知,F1和F2在同一水平直线上,方向相反,都作用在同一小车上,当F1、F2大小相等时,这两个力满足二力平衡的条件,因此小车处于平衡状态,故A正确,不符合题意;
B.使用定滑轮可以改变力的方向,但不可省力,因此本实验中使用定滑轮是为了改变力的方向,故B错误,符合题意;
C.“探究二力平衡条件”这个实验很重要的一点就是尽量减小物体受到的摩擦力对实验的影响,所以水平面越光滑越好,故C正确,不符合题意;
D.将小车扭转一个角度,两个力不在同一直线上,二力不平衡,故松手后,小车将转动,不能保持平衡;设计此实验的目的是为了探究不在同一直线上的两个力是否平衡,故D正确,不符合题意。
故选B。
20.(2024·四川内江·中考真题)如图所示,一根绳子绕过定滑轮,一端拴在物体上,另一端拴在弹簧测力计上,沿四个不同方向匀速拉起物体,弹簧测力计的示数分别为F1、F2、F3、F4,则它们的大小关系为( )
A.F1>F2 B.F3>F4
C.F1<F4 D.F1=F2=F3=F4
【答案】D
【详解】定滑轮实质上是一个等臂杠杆,使用定滑轮不能省力,无论沿哪个方向匀速拉起物体,力的大小都相等。故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
21.(2024·四川成都·二模)如图所示,在雄壮的国歌声中,升旗手在50秒时间内将重5N的国旗缓缓上升到旗杆顶端,则下面分析正确的是( )
A.缓缓上升,红旗的重力势能不变
B.缓缓上升,红旗的机械能不改变
C.升旗手对国旗做功的功率最接近于1W
D.旗杆顶端的滑轮在使用时可以省力
【答案】C
【详解】A.国旗缓缓上升,国旗的质量不变,高度增加,则重力势能变大,故A错误;
B.缓缓上升,动能几乎不变,红旗的重力势能增大,则机械能增大,故B错误;
C.旗杆的高度约为h=10m,则升旗手对国旗做功的功率约为
故C正确;
D.旗杆顶端的滑轮是定滑轮,使用时可以改变动力的方向,不能省力,故D错误。
故选C。
22.(2024·四川泸州·二模)如图所示,下列现象与其对应的物理知识正确的是( )
A.甲图:钓鱼者使用的钓鱼竿是省力杠杆
B.乙图:在旗杆顶部安装定滑轮是为了改变拉力的方向
C.丙图:C919飞机飞行时机翼上方空气流速大压强大
D.丁图:不计绳重、滑轮重与摩擦,拉力F=G
【答案】B
【详解】A.钓鱼竿在使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆,故A错误;
B.用定滑轮可以改变力的方向,所以在旗杆顶部安装定滑轮,故B正确;
C.C919飞机飞行时机翼上凸下平,上方空气流速大压强小,产生向上的升力,故C错误;
D.图中滑轮组绳子股数n=2,不计绳重、滑轮重与摩擦,拉力,故D错误。
故选B。
23.(2025·四川广元·二模)如图所示,工人利用如图所示的滑轮组提升货物。滑轮组中定滑轮的作用是 。已知这名工人用大小为的竖直向下的拉力在内将重为的货物匀速提升了,则此过程中滑轮组的机械效率为 。(取)
【答案】 见解析 75%
【详解】[1]由定滑轮的特点可知,定滑轮不省力,但是可以改变力的方向。
[2]提升货物做的有用功W有=Gh=mgh=30×10N/kg×1m=300J
由图可知,滑轮组的动滑轮绕绳子的段数为2段,绳子自由端移动的距离s=2h=2×1m=2m
拉力做的总功W总=Fs=200N×2m=400J
此过程中滑轮组的机械效率为
考点六 滑轮组
24.(2025·四川绵阳·一模)重力为500N的工人用如图甲所示的滑轮组将建筑材料运送到楼顶,滑轮组的机械效率随建筑材料重力变化的图像如图乙所示,定滑轮总重250N,摩擦及绳重忽略不计,下列说法中正确的是( )
A.动滑轮重力200N
B.提升300N重物时,天花板对滑轮组的拉力是1000N
C.提升300N重物时,人对地面的压力是200N
D.该滑轮组最大的机械效率是80%
【答案】D
【详解】A.由图甲可知,滑轮组的承重股数为n=3。摩擦及绳重忽略不计,结合图乙信息和
可得,动滑轮重力为
故A错误;
B.当滑轮组的机械效率为50%时,人施加的拉力
对定滑轮进行受力分析可知,定滑轮受到竖直向下的重力和4股绳子的拉力、竖直向上的天花板对滑轮组的拉力作用处于平衡状态,由定滑轮受到的合力为零可得
所以,提升300N重物时,天花板对滑轮组的拉力是
故B错误;
C.对人受力分析可知,人受到竖直向下的重力、绳子对其向上的拉力以及地面对其向上的支持力作用,可得
所以,地面对人的支持力为
根据物体间力的作用是相互的可知,人对地面的压力是
故C错误;
D.工人使用此滑轮组的最大拉力等于工人的重力,即
不计摩擦和绳重,根据可知,最大物重为
此滑轮组的最大机械效率为
故D正确。
故选D。
25.(2024·四川广元·二模)如图是工人使用的甲、乙两种滑轮组,在相同时间内将重为G=500N的物体匀速升高10m,已知每个滑轮重20N,不计绳重和摩擦。下列说法正确的是( )
A.工人使用乙滑轮组更省力
B.工人使用甲滑轮组时拉力做功为2600J
C.甲、乙滑轮组的机械效率η甲<η乙
D.F1和F2的功率
【答案】C
【详解】不计绳重和摩擦:
A.工人使用甲滑轮组时
工人使用甲滑轮组时
则使用甲滑轮组更省力,故A错误;
B.工人使用甲滑轮组时拉力做功为
故B错误;
C.甲滑轮组的机械效率
乙滑轮组的机械效率
则
故C正确;
D.工人使用乙滑轮组时拉力做功为
则
即F做的功小于F2做的功,而两力做功所用的时间相等,由
得,F1和F2的功率
故选D错误。
故选C。
26.(2025·四川南充·模拟预测)小明设计了如图所示的装置测量某金属块B的密度,金属块B未放入量筒时,水面位置如图甲所示,将金属块B完全浸没在水中时,水面升高至如图乙所示的位置。则金属块B所受的浮力为 ;当动滑轮下方所挂钩码A的总质量为220g时,A、B在图示位置达到平衡,则金属块B的密度是 。(已知每个滑轮的质量为20g,,绳重与摩擦均不计。)
【答案】
【详解】[1]由图甲和图乙得,甲图中水的体积为30mL,乙图中金属块B和水的总体积为40mL,则金属块B的体积
由于金属块浸没水中,则
此时受到的浮力为
[2]由题意知,钩码A的质量为mA=220g=0.22kg
动滑轮的质量为m动=20g=0.02kg
则总重力为
由图乙知,绳子段数,绳重与摩擦均不计时,金属块B对绳子自由端的拉力为
根据相互作用力的特点可知,细绳对金属块B的拉力
由于金属块浸没水中时,受到平衡力作用,即
金属块B的质量为
则金属块B的密度为
27.(2025·四川达州·一模)如图所示,水平向右的拉力下作用于物块A,通过动滑轮拉动着物体B向右做匀速直线运动,使物体B在3s内向右移动了4.5m。地面对B的摩擦力大小是4N,拉力F大小等于20N;在滑轮重、绳重和绳与滑轮摩擦不计的情况下,则物块A受到的摩擦力大小是 N,移动的速度是 m/s,拉力F的功率是 W。
【答案】 12 0.75 15
【详解】[1]对A进行受力分析,A受到水平向左的摩擦力fA,B通过动滑轮对A的拉力FB=2fB=2×4N=8N
水平向右的拉力F=20N,且向右做匀速直线运动,
所以fA=F-FB=20N-8N=12N
[2]物体B在3s内移动的距离是4.5m,则A在3s内移动的距离为2.25m,移动的速度
[3]拉力的功率为
28.(2024·四川达州·二模)杠杆、滑轮作为生活的工具,让困难的事情简单化,利用杠杆、滑轮相关知识回答下列问题。
(1)在测量某物体密度的时候,小雅发现不用天平也能够测量物体的质量,于是设计了如图1所示的装置。测量时,总保持杠杆在水平位置平衡,目的是 ;
(2)保持左侧重物及其位置不变,改变动力臂,多次测量,根据记录的数据画出如图2所示的动力随动力臂变化的图像,则杠杆左端所挂重物的重力大小是 N(杠杆上每一小格长度为1cm);
(3)接着,小雅利用量筒测量该物体体积如图3所示,其体积为 cm3;该物质的密度为 kg/m3;通过查询,发现该物质可能为加工青铜(取10N/kg);
(4)如图甲、乙所示,用同一个滑轮组,提升不同数量的同种钩码,绳子末端的力 ,甲的机械效率 乙的机械效率(前两空均选填“大于”“小于”或“等于”),滑轮组的机械效率与钩码匀速上升的速度 (选填“有关”或“无关”)。
(5)若图乙中,用拉力大小为的力使钩码匀速提升的高度,钩码总重力为,该装置中克服绳重及摩擦所做的功为,则动滑轮重力 (用所给字母表示,空气阻力忽略不计)。
【答案】(1)便于测量力臂大小
(2)1.5
(3) 20
(4) 小于 小于 无关
(5)
【详解】(1)重力的方向竖直向下,测量时,总保持杠杆在水平位置平衡,由力臂的定义,支点到力的作用点的距离即为力臂大小,故目的是便于测量力臂大小。
(2)由题意可知,只改变动力臂,多次测量,则阻力与阻力臂的乘积保持不变,根据杠杆平衡条件可知,利用图像中一组数据能得出动力与动力臂之积为
由图1可知,,则杠杆左端所挂重物的重力
(3)[1]图3中量筒的分度值为2mL,该物体体积
[2]该物质的密度为
(4)[1]如图甲、乙所示,用同一个滑轮组,提升不同重物,到相同的高度,额外功可认为相同,甲中物体的重力小,做的有用功小,拉力也小,即小于;
[2]根据
可知甲的机械效率小于乙的机械效率;
[3]由
可知,滑轮组的机械效率与钩码匀速上升的速度大小无关;
(5)图乙中,绳子的有效段数为3,用拉力大小为F的力使钩码匀速提升h的高度,绳子移动的距离为3h,总功为。钩码总重力为,克服钩码总重力做的有用功为;该装置中克服绳重及摩擦所做的功为W,则克服动滑轮的自重做的额外功
则动滑轮重力
1.(2025·山东滨州·中考真题)如图是节选自我国古代科技巨著《天工开物》中的劳动情景,用独轮车运输货物时需左右对称,否则不稳定,极易倾倒。下列说法正确的是( )
A.独轮车是费力杠杆
B.车上物体的重力为阻力
C.推车人的手越靠近车轮越费力
D.倾倒时,车以车轴为支点转动
【答案】C
【详解】A.独轮车在使用中,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆,故A错误;
B.车上物体和车的重力之和会阻碍杠杆的转动,故为阻力,故B错误;
C.推车人的手越靠近车轮,动力臂越短越费力,故C正确;
D.杠杆可以绕其转动的点就叫支点,独轮车左右倾倒时,是以地面为支点转动,故D错误。
故选C。
2.(2025·山东德州·中考真题)“秤砣虽小压千斤”,杆秤是中国最古老的称量工具,是我国的“国粹”之一。如图甲所示,当不挂秤砣时,在O点提起提纽,杆秤水平平衡。用秤钩悬挂100g物体、秤砣移到B点时,杆秤再次水平平衡,如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.甲图中A点为杠杆的支点
B.若OB=5OA,则“秤砣”的质量为20g
C.若秤钩再加挂20g物体,秤砣向左移动可使杆秤再次平衡
D.如果“秤砣”磨损,则测量值比真实值偏小
【答案】B
【详解】A.支点为杠杆绕着转动的点,甲图中O点为杠杆的支点,故A错误;
B.若OB=5OA,根据杠杆的平衡条件可知
即
则“秤砣”的质量为,故B正确;
C.若秤钩再加挂20g物体,根据杠杆的平衡条件可知
即
可知秤砣向右移动可使杆秤再次平衡,故C错误;
D.根据杠杆平衡条件有
秤砣磨损了,质量变小,OB变大,则测量结果将偏大,故D错误。
故选B。
3.(2025·上海·中考真题)如图所示用不同方向的拉力、、匀速拉动重力为G的物体时,不计绳重和摩擦,下列说法中正确的是( )
A. B.
C.和是一对平衡力 D.和G是一对平衡力
【答案】A
【详解】AB.为定滑轮相当于一个等臂杠杆,力臂均为轮的半径,只能改变力的方向,而不省力,故用定滑轮拉同一重物,沿三个不同方向,用的拉力大小相等,不计绳重和摩擦,则
故A 正确,B错误;
CD.二力平衡的条件是两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上,和、和G均不满足“方向相反、作用在同一条直线上”这一条件,所以都不是一对平衡力,故C、D错误。
故选A。
4.(2025·江苏宿迁·中考真题)如图所示,某同学用大小为0.6N的力沿竖直方向匀速拉动一个动滑轮,使钩码上升10cm。已知每个钩码质量为50g,g取10N/kg,不计绳重和摩擦。则( )
A.该同学所做的有用功等于0.2J B.动滑轮自身重力为0.2N
C.绳子自由端移动的距离为40cm D.动滑轮的机械效率约为66.7%
【答案】B
【详解】A.两个钩码的重力
有用功
故A错误;
B.不计绳重和摩擦,对动滑轮进行受力分析,可得
故B正确;
C.如图,与动滑轮连接的绳子数为2,绳子自由端移动的距离
故C错误;
D.总功
机械效率
故D错误。
故选B。
5.(2025·四川广元·中考真题)用如图所示的滑轮组将重450N的物体M沿水平地面匀速拉动1m,绳子末端拉力F大小为40N,物体M所受摩擦力大小是物重的0.2倍。则下列说法错误的是( )
A.物体所受摩擦力方向水平向左
B.绳子末端移动的距离为3m
C.该滑轮组的机械效率为70%
D.在绳子与滑轮间加润滑油可提高滑轮组的机械效率
【答案】C
【详解】A.物体M沿水平地面匀速向右拉动,滑动摩擦力方向与相对运动方向相反,因此滑动摩擦力方向水平向左,故A正确,不符合题意;
B.从图中可以看出,滑轮组有3段绳子承担拉力,因此绳子末端移动的距离为物体移动距离的3倍,物体M沿水平地面匀速拉动1m,则绳子末端移动的距离为3m,故B正确,不符合题意;
C.物体M所受摩擦力大小是物重的0.2倍,即f=0.2G=0.2×450N=90N
有用功 W有用=f×sM=90N×1m=90J
总功 W总=F×s绳=40N×3m=120J
该滑轮组的机械效率,故C错误,符合题意;
D.加润滑油可以减少摩擦,从而减小克服摩擦做得额外功,提高机械效率,故D正确,不符合题意。
故选C 。
6.(2025·江苏盐城·中考真题)小明利用动滑轮,将重1.5N的钩码匀速提升0.1m,所用的拉力为1N。此过程中,有用功为 J,动滑轮的机械效率为 。对于实际的机械,机械效率总 100%。
【答案】 0.15 75% 小于
【详解】[1]有用功是对我们有用的功,对于用动滑轮提升钩码的情况,有用功等于克服钩码重力做的功,根据公式可知,故
[2]根据动滑轮的特点,动滑轮虽然省力但需要多费一倍的距离,所以,已知,根据题意可知
根据机械效率公式,故
[3]实际的机械在工作时,不可避免地要克服机械自身的重力、摩擦力等做额外功,总功等于有用功加上额外功,即
又因为
因为实际的机械工作中,所以,故机械效率
7.(2025·四川南充·中考真题)如图所示,重为100N的物体在水平拉力F为10N的作用下,沿水平面向左做匀速直线运动,物体受到水平地面的摩擦力是其重力的0.12倍,若物体在10s内向左移动了10m,则拉力所做的功为 J,滑轮组有用功的功率为 W。
【答案】 300 12
【详解】[1]由图可知动滑轮上有三段绳子,则拉力移动的距离是物体移动距离的三倍,拉力做的功为
[2]摩擦力大小为
克服摩擦力做的功为有用功,即
滑轮组有用功的功率为
8.(2024·甘肃白银·中考真题)将物体A、B置于如图所示的装置中,物体B恰好匀速下降,已知A重,B重,则A所受地面的摩擦力为 N;若对A施加一个水平向左的拉力F,刚好使A在原来的水平面上匀速向左运动,则拉力F大小为 N。(不计绳重、滑轮重及绳子与滑轮间的摩擦)
【答案】 20 40
【详解】[1]如图所示,物体A和B通过动滑轮相连,动滑轮上有2段绳子,已知B重10N,物体B恰好匀速下降,则A匀速向右运动,说明物体A处于平衡状态,则A所受地面的摩擦力与动滑轮的钩子拉A的力是一对平衡力,即
f=F拉=2GB=2×10N=20N
[2]若对A施加一个水平向左的拉力F,则物体A受到三个力的作用:水平向左的拉力F,水平向右的拉力2GB, 水平向右的摩擦力20N,所以水平刚好使A匀速向左运动,则拉力
F=f+F拉=f+2GB=20N+2×10N=40N
9.(2025·黑龙江哈尔滨·中考真题)如图所示,一个质地均匀重为G的杠杆可以绕着O1点旋转,O2为杠杆的重心。杠杆右端有一个可以自由移动的圆环(圆环质量忽略不计),通过定滑轮的绳子拉住圆环,使杠杆在水平位置保持平衡。请按下列要求画图:
(1)画出此时杠杆所受重力的示意图及其力臂;
(2)画出杠杆在水平位置平衡时,通过定滑轮的绳子施加最小拉力的示意图及其力臂。
【答案】
【详解】由于杠杆质地均匀,重心在O2点,重力方向竖直向下,从O2点沿竖直向下方向画一条带箭头的线段,标注为G;过支点O1作重力作用线的垂线,垂线段的长度即为重力的力臂,标注为L2;
根据杠杆平衡条件,在阻力和阻力臂一定时,动力臂越长,动力越小。杠杆在水平位置平衡时,由于通过定滑轮的绳子施加的拉力不变,若使通过定滑轮的绳子施加最小拉力,则以O1点为支点,与定滑轮的轴和O1的连线交滑轮边缘为力臂时,动力臂最大,标注为L1,过该连线与滑轮边缘的交点,作连线的垂线为动力作用线,作用线与杠杆的交点,即为力的作用点,为使杠杆平衡,拉力的方向向上,标注为F,如图所示:
10.(2024·陕西·中考真题)工人向下拉绳来提升重物。请用笔画线代替绳子画出滑轮组的绕线方法。
【答案】
【详解】由图可知使用该滑轮组是为了省力和改变力的方向。工人站在地面上向下拉绳来提升重物,所以由2段绳子承担物重,是最省力的绕绳方法,根据“奇动偶定”原则绕绳方法如下图所示
。
11.(2025·辽宁·中考真题)某小组在参观古代科技展时,看到一汲水装置——辘轳,如图甲所示。讲解员介绍:辘轳是古人利用他们的智慧发明创造的工具,解决了提水费力问题。它是主要由大轮和小轮组成的轮轴装置。使用它能够实现“四两拨千斤”。辘轳静止时满足杠杆的平衡条件。
【质疑与验证】
(1)某同学质疑辘轳静止时满足杠杆的平衡条件,该同学自制了一部分器材,进行验证。
(2)该同学先在质量分布均匀的圆形薄硬板上画一条直径MN,并标出圆心O和均匀的刻度,再以O为圆心过MN上的L点画一个圆。接下来,在圆心处挖一个洞,然后将圆板安装在铁架台上固定的光滑转轴上,转轴水平且与圆板平面垂直,如图乙所示。
(3)将一组钩码(钩码重均为0.5 N)通过细线悬挂在L点,另一组钩码悬挂在N点。调整右侧钩码个数直至MN处于水平且静止,如图丙所示。规定能使圆板顺(逆)时针转动的力为动(阻)力。由图丙中的信息得到:动力×动力臂 阻力×阻力臂。
(4)多次调整力和力臂,反复进行实验,记下每一次MN水平且静止时的数据。
(5)处理数据后,发现每次圆板静止时都满足杠杆的平衡条件。
(6)实验中,每次均使MN在水平位置静止,MN应与悬挂钩码的细线 (选填“垂直”或“平行”);目的是便于测量 。
【反思】
(7)古人之所以把井绳缠在小轮上,是因为这样做可以 力。
(8)制造辘轳时,把小轮和大轮半径之比变 可以达到更省力的目的。(不计机械自重和轴的摩擦)
【发现与探索】
(9)该同学想起辘轳的大轮上不止一个手柄,两名同学可以一起提水,于是继续探究两个动力作用下杠杆的平衡条件。
多次实验,数据表格如下:
数据序号
动力
动力臂
动力
动力臂
阻力
阻力臂
1
0.5
0.4
1.5
0.2
2.5
0.2
2
0.5
0.4
1.0
0.3
2.5
0.2
3
1.0
0.3
1.0
0.2
2.5
0.2
分析表中数据,得出结论: 。(用表中字母表示)
【答案】 =/等于 垂直 力臂 省 小
【详解】[1]动力×动力臂与阻力×阻力臂的关系由图丙可知,悬挂在L点的钩码的总重力为阻力(使圆板逆时针转动),每个钩码重 0.5N,L点悬挂4个钩码,则阻力
阻力臂为L点到圆心O的距离,设为,悬挂在N点的钩码的总重力为动力(使圆板顺时针转动),N点悬挂2个钩码,则动力
动力臂为N点到圆心O的距离,设为,且由图可知
由上可知动力×动力臂 = 阻力×阻力臂。
[2][3]当MN水平且与细线垂直时,细线的方向竖直向下,此时力臂恰好是MN上的刻度长度(即力的作用点到圆心的水平距离),目的是便于测量力臂。
[4]辘轳的大轮为动力轮(动力作用在大轮边缘),小轮为阻力轮(阻力为水和桶的重力,作用在小轮边缘)。R为大轮半径,r为小轮半径,根据杠杆平衡条件
因为R>r,则,所以省力。
[5]根据杠杆平衡条件可得
在阻力和大轮半径不变时,小轮半径越小,动力越小。因此小轮和大轮半径之比变小,可更省力。
[6]两个动力作用下杠杆的平衡条件分析表格数据:
序号1:
序号2:
序号3:
综上可得出结论
12.(2025·江苏常州·中考真题)如图所示,工人利用滑轮提升重物。在内,质量为的重物被匀速竖直提升,此过程中,工人对绳端做功的功率为。不计绳重与摩擦,取,求:
(1)工人对绳端施加的拉力;
(2)滑轮受到的重力;
(3)此过程中,滑轮的机械效率。
【答案】(1)150N
(2)30N
(3)90%
【详解】(1)已知在内,物体竖直向上移动的距离是10m,则物体上升的速度为
由于是动滑轮,绳端移动速度是物体移动速度的2倍,即
可得工人对绳端施加的拉力
(2)不计绳重与摩擦,根据可得,动滑轮的重力为
(3)提升物体过程中做的有用功为
绳末端拉力做的总功为
滑轮的机械效率为
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主题二 力学
专项08 简单机械——杠杆、滑轮 (原卷版)
目 录
1
6
考点一 杠杆及其五要素 6
考点二 杠杆作图 7
考点三 杠杆的平衡条件 8
考点四 实验探究——杠杆的平衡条件 10
考点五 定滑轮与动滑轮 14
考点六 滑轮组 16
18
18
1.(2025·四川达州·模拟预测)建筑工人利用如图所示的杠杆吊起一桶水(杠杆始终保持水平)。挂在端的桶重,内部底面积为,桶内装有的水,水深。重的工作人员用绳子竖直拉住端,工作人员的双脚与地面的接触面积,。下列计算结果错误的是(,g取)( )
A.水对桶底的压强为 B.水对桶底的压力为
C.人对地面的压力为 D.人对地面的压强为
2.(2025·四川广元·二模)中国空间站机械臂是对“人类手臂”最真实的还原,可随时实现对空间站舱体表面的巡检。下列杠杆中与空间站机械臂同属于费力杠杆的是( )
A.用羊角锤拔钉子 B.开瓶起子
C.用钢丝钳剪铁丝 D.锄地时举起锄头
3.(2025·四川绵阳·模拟预测)用如图所示的滑轮组(绳与滑轮质量不计、绳与滑轮间的摩擦不计)提升重力为G的物体,自由端的拉力为F。下列说法正确的是( )
A.拉力F的大小为重力G的
B.拉力F的大小为重力G的
C.绳自由端移动的距离s是物体上升高度h的
D.绳自由端移动的距离s是物体上升高度h的8倍
4.(2024·四川达州·一模)如图甲所示,用拉力F竖直向上匀速提升重720N的货物,货物移动的距离与时间的关系如图乙所示。滑轮的机械效率为90%,不计绳重和摩擦,则( )
A.绳子自由端移动的速度为0.5m/s B.动滑轮重80N
C.拉力F的功率为360W D.拉力F为800N
5.(2025·四川广元·二模)小小夹雪球神器让小朋友的雪球更加的形状多样,雪地里平添了许多玩法。夹雪球神器可以看作是一种杠杆,小朋友在使用时让手尽可能地靠近手柄末端是想要( )
A.增大动力臂 B.减小动力臂 C.增大阻力臂 D.减小阻力臂
6.(2025·四川成都·三模)赛龙舟是端午节习俗之一。如图所示,选手们用力向后划水,龙舟向前运动,选手以桨上端为支点,另一只手握住桨的中部用力划水,桨属于 (选填“省力”“等臂”或“费力”)杠杆;赛龙舟比赛结束后,选手们陆续从龙舟上下来,龙舟所受浮力 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
7.(2025·四川德阳·二模)如图甲是我国古代汲水装置——桔槔,图乙是它水平静止时的简化模型,不计杠杆自重的影响,此时配重物重力为G1=100N,L1∶L2=2∶1,水桶重G2= N。此时若L1减小,则右侧的水桶将 (选填“上升”、“不变”或“下沉”)。
8.(2025·四川绵阳·一模)在“探究定滑轮和动滑轮特点”的实验中,小松又设计了如图丙所示滑轮组:
物体A、B的重分别为40N、20N,动滑轮重为10N,此时物体A在水平面上向右以2m/s做匀速直线运动(绳子和滑轮间的摩擦不计),物体B下落速度为 m/s;若用力F向左拉物体A,使物体A向左做匀速直线运动,所需力的大小为 N。
9.(2025·四川乐山·一模)小颖同学用20N的水平拉力F将如图重100N的物体M向左匀速拉动,物体以0.2m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动,则在此过程中,拉力F的功率为 W,物体重力做功为 J。(滑轮重、绳重、摩擦均忽略不计)
10.(2025·四川宜宾·模拟预测)在探究杠杆的平衡条件实验中,所用的实验器材有:每小格等长的均质杠杆、铁架台、刻度尺、细线和若干个重为0.5N的钩码。
(1)铁架台放置于水平桌面,为了便于测量力臂,要将如图甲杠杆调节在 位置平衡,此时应将平衡螺母适当往 (选填“左”或“右”)调;
(2)杠杆调节好后,进行了三次实验,实验情景如图乙、丙、丁,以左右两边钩码的重力分别为动力F1和阻力F2,对应的力臂为L1和L2,由此可得杠杆的平衡条件是 ;
(3)实验中进行多次实验的目的是___________(选填“A”或“B”);
A.取平均值减少误差 B.使实验结论具有普遍性
(4)将如图丁杠杆两边的钩码各撤掉1个,则杠杆 (选填“保持平衡”、“左端下沉”或“右端下沉”);
(5)如图戊,用细绳竖直向上拉,使杠杆在水平位置平衡,则拉力F为 N;若将细绳转到虚线位置,仍要保持杠杆在水平位置平衡,则拉力F的力臂将 ,拉力F的大小将 (选填“保持不变”、“减小”或“增大”)。
11.(2025·四川成都·一模)图甲是打开的汽车后备箱盖,它被液压杆支撑(不计后备箱盖重)。关箱盖时,它可看作一个杠杆,图乙是其简化图:O是支点,F2是液压杆作用在A点的阻力。请在图乙中画出:在B点关上后备箱盖的最小动力F1和阻力臂L2。
12.(2025·四川南充·模拟预测)用如图所示装置匀速提升水中的物体(物体始终未露出水面)。第一次提升物体A,体积为VA=6×10-4m3,人对绳子竖直向下的拉力为F1,人拉力的功率为P1,A物体移动的速度为v1=0.4m/s,机械效率为η1;第二次提升重为GB=15N的物体B,人对绳子竖直向下的拉力为F2,人拉力的功率为P2,B物体移动速度为v2,机械效率为η2。已知:功率P1∶P2=7∶6,η1∶η2=8∶7,物体A、B的体积VA∶VB=1∶2,重力GA∶GB=4∶5,忽略绳重、绳与滑轮间摩擦及液体对物体的阻力,问:
(1)物体B所受的浮力FB浮;
(2)动滑轮的重G动;
(3)人提升物体B时,绳子自由端移动的速度。
考点一 杠杆及其五要素
1.(2025·绵阳安州·三模)生活中大部分的简单机械可以看作杠杆,下列说法正确的是( )
A.能够省力的机械有①④
B.图②中将鱼提起的过程中,支点在B点
C.属于省距离杠杆的有①②
D.图③中将石头撬起,比更省力
2.(2024·四川乐山·模拟预测)如图在划龙舟比赛活动中,下列有关说法中错误的是( )
A.赛前龙舟漂浮在水面上时,龙舟所受的浮力和重力是一对平衡力
B.桨往后划,龙舟前进,是因为力的作用是相互的
C.划龙舟的桨是一个省力杠杆
D.停止划桨后,龙舟还会继续前进一段距离,是因为龙舟具有惯性
3.(2025·四川南充·模拟预测)以下实例所蕴含的物理知识正确的是( )
A.甲:将自制气压计由一楼拿到六楼,细玻璃管中液面升高,说明大气压随高度的增加而变大
B.乙:人体的前臂骨骼可以看成是省力杠杆
C.丙:神舟飞船与天宫实验室对接成功后两者相对静止
D.丁:拦河坝A点受到水的压强是1×105Pa
4.(2024·四川广安·二模)如图所示是救援队配备的钢筋剪,利用钢筋剪可以将楼体的钢筋剪断,以便对楼内人员进行施救,在使用时,钢筋剪是 (选填“省力”或“费力”)杠杆。钢筋剪的握柄较粗,使用时可以 (选填“增大”或“减小”)握柄对手的压强,让人更舒适。
考点二 杠杆作图
5.(2026·四川南充·一模)在杠杆上的A点挂一重物,在B点对杠杆施加一个最小的力,使杠杆平衡在如图所示的位置.试画出这个力的示意图以及它的力臂。
6.(2025·四川成都·模拟预测)图甲为我国古人运送巨木的劳动情景示意图。他们通过横杆、支架、石块等,将巨木的一端抬起,图乙是其简化示意图,O是支点,A是人的施力点,B是绳子的悬挂点,杆自重不计,请在图乙中作出:在A点施加的最小动力F及其力臂L。
7.(2025·四川宜宾·模拟预测)小明用如图所示装置提升一个重物,要在杠杆的A端作用一个最小的力F使杠杆平衡,请你在图中画出物体重力G、力F的力臂L、力F的示意图。
8.(2025·四川遂宁·二模)按要求作图:
(1)如图甲所示为搬花神器,用它把花盆抬起时,相当于一个绕O点转动的杠杆。其简化示意图如图乙所示,请在乙图中画出花盆所受重力的示意图(O'为其重心)和杠杆平衡时作用在A点的最小动力F1。
(2)一凹透镜放在平面镜上,一束平行光平行主光轴射凹透镜,画出光束经透镜和平面镜的光路图。
考点三 杠杆的平衡条件
9.(2025·四川乐山·一模)婷婷周末回到到乡下接过外婆肩上的担子学习挑担技巧,假如一个框子重,一个框子轻,在不考虑手臂帮扶的情况下挑起担子让扁担处于水平平衡,请根据杠杆平衡知识判断下列说法正确的是( )
A.肩膀应靠近“重的一头”
B.肩膀应靠近“轻的一头”
C.肩膀应居于扁担正中间
D.挑着担子走路时扁担会上下“闪动”,此时一定是一个筐子向上,一个向下
10.(2024·四川绵阳·模拟预测)如图所示,质量可忽略不计的均匀长板AB水平放置,可绕水平固定转轴B自由转动,质量为2m的物体放在A端,一条轻绳绕过两个定滑轮,一端固定在板的中点,另一端握于人的手中,人用力竖直向下拉绳。若g已知,忽略摩擦,则要使长木板的A端离开地面,人作用于绳子的最小拉力是( )
A.2mg B.3mg C.4mg D.6mg
11.(2024·四川绵阳·模拟预测)小明骑独轮车,以速度v匀速通过水平独木桥,独木桥的两端由两根竖直支柱A、B支撑,A、B间距离为L,人和车的总重为G,如图所示。假设独轮车在A端支柱上方为初始时刻(),则B端支柱所受压力与时间t的关系图像为(不考虑独木桥重力及形变)( )
A. B.
C. D.
12.(2025·四川广元·一模)停车场入口处常用横杆来控制车辆的进出,如图甲所示。我们可以把该装置简化成如图乙所示的杠杆,若横杆 AB 粗细相同、质量分布均匀, 重力 G=120N,AB=2.8m,AO=0.3m。该杠杆属于 (选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆;要使横杆AB保持水平平衡,需在 A 端施加竖直向下的力 F= N。
13.(2025·四川成都·一模)如图所示,是使用手机和自拍杆自拍时的示意图。已知自拍杆长1m(质量忽略不计),手机对杆竖直向下的作用力为F2,手垂直于杆的动力为F1.由此可知,此时自拍杆相当于一个 (选填“省力”“等臂”或“费力”)杠杆。若自拍杆长度、F2的大小和方向以及F1的位置不变,且F1始终垂直于自拍杆,增大自拍杆与水平方向夹角θ(θ<90°)的过程中,F1的大小将 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
考点四 实验探究——杠杆的平衡条件
14.(2025·四川广安·模拟预测)实验小组通过探究杠杆的平衡条件,来解释桔槔的使用原理。
(1)实验前,杠杆水平静止如下图甲所示,将杠杆左下角物块M取走后,不调节平衡螺母,杠杆 保持水平位置静止(选填“仍能”或“不能”);
(2)调节杠杆水平平衡,进行多次实验,通过数据记录分析,归纳出杠杆的平衡条件是 ;
(3)如下图乙,此时在左、右侧钩码下端各加挂一个钩码,杠杆会 (选填“左端下沉”或“右端下沉”);
(4)桔槔是我国古代的取水工具,如下图甲,在井边竖一根树杈,架上一根横木,横木的一端绑上大石块,另一端系绳和水桶,简化图如下图乙。若水桶盛满水后,为减小人向上提水的拉力,根据杠杆的平衡条件,可以 (选填“增大”或“减小”)石块质量或移动杠杆的支点。
15.(2025·四川宜宾·模拟预测)如图所示,是小明利用刻度均匀的匀质杠杆进行探究“杠杆的平衡条件”的实验。
(1)实验前,小明将杠杆的中点置于支架上,当杠杆静止时,发现杠杆右端下沉,这时他应将平衡螺母向 (选填“左”或“右”)端调节,直到杠杆在水平位置平衡,这样做的目的是为了方便读出 。
(2)小明悬挂钩码前顺便测量了一个钩码受到的重力,如图所示,测力计的示数是 N。
(3)在A点悬挂两个钩码,要使杠杆在水平位置平衡,需在B点悬挂 个钩码在此基础上小明继续实验:
①在A、B下方再增挂一个钩码,则杠杆 端将下沉(选填“左”或“右”)。
②将增加的钩码取下来后,再取走悬挂在B点的钩码,改用弹簧测力计在C点竖直向上拉,使杠杆在水平位置平衡,则测力计的拉力为 N
③小明再次改变弹簧测力计拉力的方向,使之斜向右上方,杠杆仍然在水平位置平衡,则测力计的读数将 (选填“变大”或“变小”或“不变”)。
(4)实验中需要进行多次实验,其目的是 (选填“A”或“B”)。若以左右两边钩码的重力分别为动力F1和阻力F2,对应的力臂为L1和L2,可得出杠杆的平衡条件是 (选填“C”或“D”)。
A.取平均值减小误差 B.使实验结论具有普遍性
C.F1L1=F2L2 D.F1L2=F2L1
16.(2025·四川·模拟预测)在“探究杠杆的平衡条件”实验中,每个钩码的重力相等,杠杆的刻度均匀。
(1)调平时,应该让杠杆静止在水平位置,其目的是 。
(2)小周同学所在实验小组完成某次操作后,实验现象如图甲所示,他们记录的数据为:动力F1=1.5N,动力臂l1=0.1m,阻力F2=1N,则阻力臂l2= m。
(3)下列四个因素中,不会带来实验误差的是 。
A.铁架台自身的重力足够大 B.单个钩码的重力不完全相等
C.悬挂钩码的绳套重力偏大 D.杠杆与转轴之间的摩擦偏大
(4)用图乙的装置的方式悬挂钩码,杠杆也能水平平衡,但老师建议同学不宜采用这种方式,该方式的不足主要是因为 。
A.一个人无法独立操作 B.力臂与杠杆不重合
C.力和力臂的数目过多,不易得出结论 D.杠杆受力不平衡
17.(2025·四川泸州·一模)在探究“杠杆平衡条件”的实验中:
(1)挂钩码前,杠杆在如图甲所示位置静止,此时我们常把杠杆的平衡螺母向 调,直至杠杆在水平位置平衡。调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡,目的是为了更方便测量 ;
(2)如图乙,在A点挂3个质量均为50g的钩码,在B点用弹簧测力计竖直向下拉杠杆,使其在水平位置平衡,g取10N/kg,弹簧测力计的示数为 N;
(3)如图丙,左边的钩码个数和位置保持不变,弹簧测力计的作用点固定,只改变其与水平方向的夹角θ,仍使杠杆水平方向平衡,能描述测力计示数F与θ和F与动力臂l变化关系大致图像的有___________;
A. B. C. D.
(4)在实验中,改变力和力臂的大小得到多组数据的目的是___________。
A.使测量数据更准确
B.多次测量取平均值减小误差
C.避免偶然性,使实验结论具有普遍性
18.(2025·四川宜宾·二模)同学们利用蜡烛、细铁丝、杯子等制作了一个蜡烛“跷跷板”,如图甲。一端烛油滴下时,此端就上升,两端交替上下。为了寻找上述现象的原因,同学们用铁架台、杠杆(已在水平位置平衡)、质量相等的钩码等器材进行以下探究。
(1)图乙中杠杆水平平衡,分别改变一侧钩码的个数或悬挂位置,发现杠杆不再平衡。
小聪认为:影响杠杆平衡的因素是力的大小和支点到力的作用点的距离;
小明认为:影响杠杆平衡的因素是力的大小和支点到力的作用线的距离。
为判断谁的观点正确,同学们利用图丙中水平平衡的杠杆进行实验,保持B处悬挂钩码的个数和位置不变。
①把A处量挂的钩码改挂在C处,发现杠杆不再平衡。与A处相比,支点到力的作用点的距离 (选填“变小”“不变”或“变大”);
②把A处悬挂的钩码改挂在D处,发现杠杆仍保持平衡,这两种情况下 的距离不变;
③由此初步判断 的观点是正确的;
(2)明确影响因素后,同学们利用图乙的器材探究杠杆平衡的条件,将实验数据记录在设计的表格中。
实验次数
动力
a
阻力
b
1
1.0
10
2.0
5
2
1.5
5
0.5
15
3
2.0
15
1.5
20
①表格中a处应填写的内容是 ;
②分析表中数据,得出杠杆平衡的条件是 ;
③若在图乙中杠杆两侧钩码下端各加挂一个钩码,杠杆 端下沉;
(3)交替上下的蜡烛“跷跷板”,一端烛油滴下时,此端上升。原因是此端力和力臂的乘积变 。
考点五 定滑轮与动滑轮
19.(2024·四川成都·三模)为了探究“二力平衡的条件”,实验小组的同学设计了如图所示的实验。F1是小车受到的向左的拉力。F2是小车受到的向右的拉力。F1与F2在同一水平直线上,下列说法不正确的是( )
A.F1、F2的大小相等时,小车一定处于平衡状态
B.实验装置中使用定滑轮是为了省力
C.为了减小摩擦力对实验的影响,应尽量选用光滑的水平桌面
D.将小车水平扭转一个角度可探究相互平衡的两个力是否在一条直线上
20.(2024·四川内江·中考真题)如图所示,一根绳子绕过定滑轮,一端拴在物体上,另一端拴在弹簧测力计上,沿四个不同方向匀速拉起物体,弹簧测力计的示数分别为F1、F2、F3、F4,则它们的大小关系为( )
A.F1>F2 B.F3>F4
C.F1<F4 D.F1=F2=F3=F4
21.(2024·四川成都·二模)如图所示,在雄壮的国歌声中,升旗手在50秒时间内将重5N的国旗缓缓上升到旗杆顶端,则下面分析正确的是( )
A.缓缓上升,红旗的重力势能不变
B.缓缓上升,红旗的机械能不改变
C.升旗手对国旗做功的功率最接近于1W
D.旗杆顶端的滑轮在使用时可以省力
22.(2024·四川泸州·二模)如图所示,下列现象与其对应的物理知识正确的是( )
A.甲图:钓鱼者使用的钓鱼竿是省力杠杆
B.乙图:在旗杆顶部安装定滑轮是为了改变拉力的方向
C.丙图:C919飞机飞行时机翼上方空气流速大压强大
D.丁图:不计绳重、滑轮重与摩擦,拉力F=G
23.(2025·四川广元·二模)如图所示,工人利用如图所示的滑轮组提升货物。滑轮组中定滑轮的作用是 。已知这名工人用大小为的竖直向下的拉力在内将重为的货物匀速提升了,则此过程中滑轮组的机械效率为 。(取)
考点六 滑轮组
24.(2025·四川绵阳·一模)重力为500N的工人用如图甲所示的滑轮组将建筑材料运送到楼顶,滑轮组的机械效率随建筑材料重力变化的图像如图乙所示,定滑轮总重250N,摩擦及绳重忽略不计,下列说法中正确的是( )
A.动滑轮重力200N
B.提升300N重物时,天花板对滑轮组的拉力是1000N
C.提升300N重物时,人对地面的压力是200N
D.该滑轮组最大的机械效率是80%
25.(2024·四川广元·二模)如图是工人使用的甲、乙两种滑轮组,在相同时间内将重为G=500N的物体匀速升高10m,已知每个滑轮重20N,不计绳重和摩擦。下列说法正确的是( )
A.工人使用乙滑轮组更省力
B.工人使用甲滑轮组时拉力做功为2600J
C.甲、乙滑轮组的机械效率η甲<η乙
D.F1和F2的功率
26.(2025·四川南充·模拟预测)小明设计了如图所示的装置测量某金属块B的密度,金属块B未放入量筒时,水面位置如图甲所示,将金属块B完全浸没在水中时,水面升高至如图乙所示的位置。则金属块B所受的浮力为 ;当动滑轮下方所挂钩码A的总质量为220g时,A、B在图示位置达到平衡,则金属块B的密度是 。(已知每个滑轮的质量为20g,,绳重与摩擦均不计。)
27.(2025·四川达州·一模)如图所示,水平向右的拉力下作用于物块A,通过动滑轮拉动着物体B向右做匀速直线运动,使物体B在3s内向右移动了4.5m。地面对B的摩擦力大小是4N,拉力F大小等于20N;在滑轮重、绳重和绳与滑轮摩擦不计的情况下,则物块A受到的摩擦力大小是 N,移动的速度是 m/s,拉力F的功率是 W。
28.(2024·四川达州·二模)杠杆、滑轮作为生活的工具,让困难的事情简单化,利用杠杆、滑轮相关知识回答下列问题。
(1)在测量某物体密度的时候,小雅发现不用天平也能够测量物体的质量,于是设计了如图1所示的装置。测量时,总保持杠杆在水平位置平衡,目的是 ;
(2)保持左侧重物及其位置不变,改变动力臂,多次测量,根据记录的数据画出如图2所示的动力随动力臂变化的图像,则杠杆左端所挂重物的重力大小是 N(杠杆上每一小格长度为1cm);
(3)接着,小雅利用量筒测量该物体体积如图3所示,其体积为 cm3;该物质的密度为 kg/m3;通过查询,发现该物质可能为加工青铜(取10N/kg);
(4)如图甲、乙所示,用同一个滑轮组,提升不同数量的同种钩码,绳子末端的力 ,甲的机械效率 乙的机械效率(前两空均选填“大于”“小于”或“等于”),滑轮组的机械效率与钩码匀速上升的速度 (选填“有关”或“无关”)。
(5)若图乙中,用拉力大小为的力使钩码匀速提升的高度,钩码总重力为,该装置中克服绳重及摩擦所做的功为,则动滑轮重力 (用所给字母表示,空气阻力忽略不计)。
1.(2025·山东滨州·中考真题)如图是节选自我国古代科技巨著《天工开物》中的劳动情景,用独轮车运输货物时需左右对称,否则不稳定,极易倾倒。下列说法正确的是( )
A.独轮车是费力杠杆
B.车上物体的重力为阻力
C.推车人的手越靠近车轮越费力
D.倾倒时,车以车轴为支点转动
2.(2025·山东德州·中考真题)“秤砣虽小压千斤”,杆秤是中国最古老的称量工具,是我国的“国粹”之一。如图甲所示,当不挂秤砣时,在O点提起提纽,杆秤水平平衡。用秤钩悬挂100g物体、秤砣移到B点时,杆秤再次水平平衡,如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.甲图中A点为杠杆的支点
B.若OB=5OA,则“秤砣”的质量为20g
C.若秤钩再加挂20g物体,秤砣向左移动可使杆秤再次平衡
D.如果“秤砣”磨损,则测量值比真实值偏小
3.(2025·上海·中考真题)如图所示用不同方向的拉力、、匀速拉动重力为G的物体时,不计绳重和摩擦,下列说法中正确的是( )
A. B.
C.和是一对平衡力 D.和G是一对平衡力
4.(2025·江苏宿迁·中考真题)如图所示,某同学用大小为0.6N的力沿竖直方向匀速拉动一个动滑轮,使钩码上升10cm。已知每个钩码质量为50g,g取10N/kg,不计绳重和摩擦。则( )
A.该同学所做的有用功等于0.2J B.动滑轮自身重力为0.2N
C.绳子自由端移动的距离为40cm D.动滑轮的机械效率约为66.7%
5.(2025·四川广元·中考真题)用如图所示的滑轮组将重450N的物体M沿水平地面匀速拉动1m,绳子末端拉力F大小为40N,物体M所受摩擦力大小是物重的0.2倍。则下列说法错误的是( )
A.物体所受摩擦力方向水平向左
B.绳子末端移动的距离为3m
C.该滑轮组的机械效率为70%
D.在绳子与滑轮间加润滑油可提高滑轮组的机械效率
6.(2025·江苏盐城·中考真题)小明利用动滑轮,将重1.5N的钩码匀速提升0.1m,所用的拉力为1N。此过程中,有用功为 J,动滑轮的机械效率为 。对于实际的机械,机械效率总 100%。
7.(2025·四川南充·中考真题)如图所示,重为100N的物体在水平拉力F为10N的作用下,沿水平面向左做匀速直线运动,物体受到水平地面的摩擦力是其重力的0.12倍,若物体在10s内向左移动了10m,则拉力所做的功为 J,滑轮组有用功的功率为 W。
8.(2024·甘肃白银·中考真题)将物体A、B置于如图所示的装置中,物体B恰好匀速下降,已知A重,B重,则A所受地面的摩擦力为 N;若对A施加一个水平向左的拉力F,刚好使A在原来的水平面上匀速向左运动,则拉力F大小为 N。(不计绳重、滑轮重及绳子与滑轮间的摩擦)
9.(2025·黑龙江哈尔滨·中考真题)如图所示,一个质地均匀重为G的杠杆可以绕着O1点旋转,O2为杠杆的重心。杠杆右端有一个可以自由移动的圆环(圆环质量忽略不计),通过定滑轮的绳子拉住圆环,使杠杆在水平位置保持平衡。请按下列要求画图:
(1)画出此时杠杆所受重力的示意图及其力臂;
(2)画出杠杆在水平位置平衡时,通过定滑轮的绳子施加最小拉力的示意图及其力臂。
10.(2024·陕西·中考真题)工人向下拉绳来提升重物。请用笔画线代替绳子画出滑轮组的绕线方法。
11.(2025·辽宁·中考真题)某小组在参观古代科技展时,看到一汲水装置——辘轳,如图甲所示。讲解员介绍:辘轳是古人利用他们的智慧发明创造的工具,解决了提水费力问题。它是主要由大轮和小轮组成的轮轴装置。使用它能够实现“四两拨千斤”。辘轳静止时满足杠杆的平衡条件。
【质疑与验证】
(1)某同学质疑辘轳静止时满足杠杆的平衡条件,该同学自制了一部分器材,进行验证。
(2)该同学先在质量分布均匀的圆形薄硬板上画一条直径MN,并标出圆心O和均匀的刻度,再以O为圆心过MN上的L点画一个圆。接下来,在圆心处挖一个洞,然后将圆板安装在铁架台上固定的光滑转轴上,转轴水平且与圆板平面垂直,如图乙所示。
(3)将一组钩码(钩码重均为0.5 N)通过细线悬挂在L点,另一组钩码悬挂在N点。调整右侧钩码个数直至MN处于水平且静止,如图丙所示。规定能使圆板顺(逆)时针转动的力为动(阻)力。由图丙中的信息得到:动力×动力臂 阻力×阻力臂。
(4)多次调整力和力臂,反复进行实验,记下每一次MN水平且静止时的数据。
(5)处理数据后,发现每次圆板静止时都满足杠杆的平衡条件。
(6)实验中,每次均使MN在水平位置静止,MN应与悬挂钩码的细线 (选填“垂直”或“平行”);目的是便于测量 。
【反思】
(7)古人之所以把井绳缠在小轮上,是因为这样做可以 力。
(8)制造辘轳时,把小轮和大轮半径之比变 可以达到更省力的目的。(不计机械自重和轴的摩擦)
【发现与探索】
(9)该同学想起辘轳的大轮上不止一个手柄,两名同学可以一起提水,于是继续探究两个动力作用下杠杆的平衡条件。
多次实验,数据表格如下:
数据序号
动力
动力臂
动力
动力臂
阻力
阻力臂
1
0.5
0.4
1.5
0.2
2.5
0.2
2
0.5
0.4
1.0
0.3
2.5
0.2
3
1.0
0.3
1.0
0.2
2.5
0.2
分析表中数据,得出结论: 。(用表中字母表示)
12.(2025·江苏常州·中考真题)如图所示,工人利用滑轮提升重物。在内,质量为的重物被匀速竖直提升,此过程中,工人对绳端做功的功率为。不计绳重与摩擦,取,求:
(1)工人对绳端施加的拉力;
(2)滑轮受到的重力;
(3)此过程中,滑轮的机械效率。
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