初中物理杠杆的动态平衡分析试题

从地面上搬起重物我们的常见做法是弯腰（如图甲）或人下蹲弯曲膝盖（如图乙）把它搬起来，哪种方法好呢？下面就建立模型说明这个问题。把脊柱简化为杠杆如图丙所示，脊柱可绕骶骨（轴 $)O$转动，腰背部复杂肌肉的等效拉力 $F_1$作用在 $A$点，其实际作用方向与脊柱夹角为 $12°$且保持不变，搬箱子拉力 $F_2$作用在肩关节 $B$点，在 $B$点挂一重物代替箱子。用测力计沿 $F_1$方向拉，使模型静止，可测出腰背部复杂肌肉拉力的大小。接着，改变脊柱与水平面的夹角即可改变杠杆与水平面的夹角 $\alpha$，多次实验得出结论。

（1）在丙图中画出 $F_2$力臂 $L_2$。

（2）当 $\alpha$角增大时， $L_2$　　（变大 $/$不变 $/$变小）， $F_1$　　（变大 $/$不变 $/$变小）。

（3）如果考虑到人上半身的重力，那么腰背部肌肉的实际拉力将比丙图中 $F_1$要　　（大 $/$小）。

（4）对比甲乙两种姿势所对应丙图中的两种状态，由以下分析可得，　　（甲 $/$乙）图中的姿势比较正确。

一段均匀铁管长为2m、重500N，当平放在水平地面上时，人抬起一端最少需要　    　N的力，而要把它立起来，人至少需做功　     　J；如果保持用力的方向与铁管垂直，则在扶起铁管的过程中，所需的力逐渐　     　（选填“增大”或“减小”）

如图所示，作用在杠杆一端且始终与杠杆垂直的力 $F$，将杠杆缓慢地由位置 $A$拉至位置 $B$，在这个过程中，力 $F$的大小将 $($　　 $)$

A．不变B．变小C．变大D．先变大后变小

如图所示为一拉杆旅行箱的示意图将其视为杠杆， $O$为支点， $B$为重心， $\mathit{BC}$为竖直方向， $A$为拉杆端点已知箱重为 $250N$， $\mathit{OA}$为 $120\mathit{cm}$， $\mathit{OC}$为 $24\mathit{cm}$。

（1）图中在 $A$点沿图示方向施加动力 $F$，箱子静止则动力 $F$的力臂为　　 $\mathit{cm}$，大小为　　 $N$。

（2）使拉杆箱在图示位置静止的最小动力为　　 $N$。

（3）生活中，常把箱内较重物品靠近 $O$点摆放，这样使拉杆箱在图示位置静止的最小动力将　　（选填“变大”、“变小”或“不变” $)$。

如图所示，杠杆在拉力 $F$的作用下水平平衡。现将弹簧测力计绕 $c$点从 $a$位置转动到 $b$位置的过程中，杠杆始终保持水平平衡，则拉力 $F$的变化情况是 $($　　 $)$

A．一直变大B．一直变小C．一直不变D．先变大后变小

如图所示，在轻质杠杆 $\mathit{OA}$的中点悬挂一个重物，在 $A$端施加一个始终与 $\mathit{OA}$垂直的力 $F$，由水平位置匀速提到如图虚线的位置，在这个过程中，拉力 $F$的大小 $($　　 $)$

A．一直变大B．始终不变C．一直变小D．先变小后变大

如图是小明探究“杠杆平衡条件”的实验装置，实验中杠杆始终处于水平平衡状态，若在 $C$处逐渐改变弹簧测力计拉力的方向，使其从① $\to$② $\to$③，则拉力的变化情况是 $($　　 $)$

A．先变小后变大B．先变大后变小C．逐渐变大D．逐渐变小

如图，用一个始终水平向右的力 $F$ ，把杠杆 $\mathit{OA}$ 从图示位置缓慢拉至水平的过程中，力 $F$ 的大小将 $($ 　　 $)$

A．

变大

B．

不变

C．

变小

D．

不能确定

仔细阅读材料，根据材料提供的信息回答问题：

我们已经学过杠杆的力臂和杠杆的平衡条件，如果把这些知识稍加拓宽和延伸，就可尝试用新的方法来解决一些实际问题．有固定转动轴的物体在力的作用下处于静止或匀速转动的状态称为力矩平衡状态．物理学中把力和力臂的乘积叫做力对转动轴的力矩．力矩用M表示，即M＝FL，式中L为力臂，力臂是转动轴到力的作用线的距离．在国际单位制中，力矩的单位是牛顿•米，符号为N•m．引入力矩概念后，杠杆的平衡条件可叙述为：

使杠杆沿顺时针转动的力矩与使杠杆沿逆时针转动的力矩相等．用公式表示为：M_顺＝M_逆．

（1）力矩的表达式为：M＝　FL　，力矩的国际单位为　N•m　．

（2）用垂直于门的力推门，推力F＝80N，手到门轴的距离为0.3m，则F对门轴的力矩M为　24　N•m．

（3）如图所示，一根均匀木棒OA可绕过O点的水平轴自由转动，现有一方向不变的水平力F作用于该棒的A点，使棒从竖直位置缓慢转到偏角θ＜90°的某一位置（缓慢转动可视为匀速转动），设M为力F对转轴的力矩，对此过程中M和F判断正确的是　A　．（选填字母）

A．M不断变大，F不断变大 B．M不断变大，F不断变小

C．M不断变小，F不断变大 D．M不断变小，F不断变小

图中，正确的选项是 $($　　 $)$

A． $b$是非晶体的熔化图线

B．橡胶比金属的导电性好

C．由 $A\to B$过程中 $F$先变大后变小

D．电阻箱的阻值为 $62.4\Omega$

如图所示，一根质地均匀的木杆可绕 $O$ 点自由转动，在木杆的右端施加一个始终垂直于木杆的作用力 $F$ ，使木杆从 $\mathit{OA}$ 位置匀速转到 $\mathit{OB}$ 位置的过程中，力 $F$ 的大小将 $($ 　　 $)$

A．	先变大，后变小	B．	先变小，后变大
C．	一直是变大的	D．	一直是变小的

如图所示，长为 $40\mathit{cm}$、重为 $10N$的匀质杠杆可绕着 $O$点转动，作用在杠杆一端且始终与杠杆垂直的力 $F$，将杠杆缓慢地由与水平方向夹角为 $30°$的位置拉至水平位置（忽略摩擦阻力），在这个过程中，力 $F$的大小将　增大　（选填“增大”、“不变”或“减小” $)$，力 $F$所做的功为　　 $J$。

如图， $\mathit{AB}$是能绕 $B$点转动的轻质杠杆，在中点 $C$处用绳子悬挂重为 $100N$的物体（不计绳重）。在 $A$端施加竖直向上的拉力使杠杆在水平位置平衡，则拉力 $F=$　　 $N$．若保持拉力方向始终垂直于杠杆，将 $A$端缓慢向上提升一小段距离，在提升的过程中，拉力 $F$将　　（选填“增大”、“减小”或“不变” $)$。

小明在践行青岛市中小学生全面发展“十个一”活动中，进行了一次远行研学。他所用的拉杆旅行箱示意图如图所示。装有物品的旅行箱整体可视为杠杆， $O$为支点， $B$为重心， $A$为拉杆的端点。在 $A$点沿图示方向施加拉力 $F$，旅行箱静止。请完成下列问题：

（1）画出拉力 $F$的力臂 $L$。

（2）要使作用在 $A$点的拉力减小，保持其他条件不变，下列做法可行的是　    　（选填所有符合要求的选项序号）。

①缩短拉杆的长度

②使拉力方向顺时针改变 $30°$

③使拉力方向逆时针改变 $60°$

④将箱内较重的物品靠近 $O$点摆放，重心由 $B$变至 $B\text{'}$

在探究“杠杆平衡条件“实验中，杠杆在力 $F$作用下水平平衡，如图所示，现将弹簧测力计绕 $B$点从 $a$位置转动到 $b$位置过程中，杠杆始终保持水平平衡，则拉力 $F$与其力臂的乘积变化情况是 $($　　 $)$

A．一直变小B．一直变大C．一直不变D．先变小后变大