初中物理探究杠杆的平衡条件实验试题

用细线拴住一端粗、一端细的实心胡萝卜并悬挂起来，静止后胡萝卜的轴线水平，如图甲所示；在拴线处沿竖直方向将胡萝卜切成A、B两段．A、B哪段重些呢？甲、乙、丙三个同学提出各自的猜想：甲认为：A较重；乙认为：B较重；丙认为：  A、B一样重．
（1）物理老师设计了如图乙所示的实验，由此你可以判断   同学的猜想是正确的（填“甲”、“乙”或“丙”）

（2）根据如图乙的实验，小明同学还得出结论：只要满足“阻力×阻力作用点到支点的距离＝动力×动力作用点到支点的距离”，杠杆就能平衡．
a．这个结论   （选填“是”或“否”）正确．
b．用如图丙所示的装置，怎样通过实验来说明该结论是否正确？
答：                      

如图，小明用一轻质杠杆自制简易密度秤的过程中，在A端的空桶内分别注入密度已知的不同液体，改变物体M悬挂点B的位置，当杠杆在水平位置平衡时，在M悬挂点处标出相应液体的密度值。下列关于密度秤制作的说法中，错误的是（ ）

A．每次倒入空桶的液体体积相同

B．秤的刻度值向右越来越大

C．悬点O适当右移，秤的量程会增大

D．增大M的质量，秤的量程会增大

小明和小红利用如图甲所示装置，在杠杆支点的两边分别挂上钩码来探究杠杆的平衡条件．

（1）如图乙，为使杠杆在水平位置平衡，应将左端的平衡螺母向       （选填“左”或“右”）移动，将杠杆调整在水平位置的目的是为了方便测量       ．

（2）小明在实验中记录了三次实验数据如下表：

这三次实验数据中有一次是错误的，错误数据的实验次数是       ，由正确实验结果可得杠杆的平衡条件是       ．
（3）小红调节好平衡后，在杠杆两端挂上钩码，杠杆的状态如图丙所示，为此，小红又调节两端的平衡螺母，使杠杆重新回到水平平衡位置，然后正确记录下钩码重、动力臂OA和阻力臂OB的值，分析实验数据后发现得不到教材中的“杠杆的平衡条件”，小红的哪一步操作导致了实验结果与教材中的结论不一致？答：       ．

（4）有同学用现有实验方案得到如下结论“动力×支点到动力作用点的距离＝阻力×支点到阻力作用点的距离”，这个结论与杠杆的平衡条件不符，原因是实验过程中   ．

A．没有改变力的大小

B．没有改变力的方向

C．没有改变力的作用点

D．实验次数较少，结论具有偶然性

如图所示，质量为9kg，边长为5cm的正方体物块A置于水平地面上，通过细绳系于轻质杠杆BOC的B端，杠杆可绕O点转动，且CO=3BO，在C端用F=20N的力竖直向下拉杠杆，使杠杆在水平位置平衡，且细绳被拉直．（细绳重量不计，g取10N/kg）

求：（1）物体A的重力G₁．
（2）B端细绳的拉力F_拉；
（3）物体A对地面的压力F_压；
（4）当F等于多少牛时，物体A对地面的压力恰好为零？

按要求完成作图：
（1）根据图甲所示的电路实物图，在答题纸方框内画出它的电路图：
（2）根据图乙中标出的电流方向，从电流表、电压表和电源三个元件的符号中选出两个元件符号，分别填进电路的空缺处，填进后要求灯泡L₁和L₂串联，且都能发光；
（3）在图丙直棒上画出动力F₁的力臂L₁和阻力臂L₂对应的阻力F₂．

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

如图所示为“探究杠杆平衡条件”的实验装置。
（1）实验前，将杠杆中点置于支架上，使杠杆可绕O点在竖直面内自由转动。当杠杆上不加挂任何物体而处于静止时，发现杠杆右端上翘，此时应将杠杆两端的平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节，使杠杆在水平位置平衡。
（2）在图中甲中，每个钩码重0.5N，杠杆上每格等距。小明在图甲中的A处施加一个竖直方向的力F₁，使杠杆在水平位置平衡，则力F₁的方向    （选填“竖直向上”或“竖直向下”），大小为     N。

（3）若在A处施加斜向上的力F₂，如图乙所示，使杠杆仍在水平位置平衡。则F₂将    F₁。（选填“大于”、“等于”或“小于”）。

某同学想利用杠杆的平衡条件来测量刻度尺的质量。

⑴将刻度尺平放在支座上，左右移动刻度尺，找出能够使刻度尺在水平位置保持平衡的支点位置，记下这个位置，它就是刻度尺的_______________；
⑵如图所示，将质量为M₁的物体挂在刻度尺左边某一位置，向_____（选填“左” 或“右” ）移动刻度尺，直到刻度尺能够在支座上重新保持水平平衡。记录物体悬挂点到支座的距离L₁和刻度尺的____________到支座的距离L₂；
⑶根据杠杆的平衡条件，可以计算出刻度尺的质量m=__________（用所给物理量表示）。

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。

如图是一种自动测定油箱内油面高度的装置，R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，且受定位挡板限制只能在电阻上滑动．当油面在A处时，滑动变阻器的滑片恰好在最下端；当油面在B处时，滑动变阻器的滑片在最上端．从油量表（由电流表改装而成）指针所指的刻度，可以知道油箱内油面的高度．现已知油的密度ρ=0.8×10³kg/m³，电源电压是6V，定值电阻R′的阻值是12Ω．

（1）若浮标有2×10^-4m³的体积浸入油中，则油对它的浮力是多大？（g取10N/kg）提示：F_浮=ρ_油gV_排
（2）当油面处在A处时，电流表示数为多少？
（3）已知电流增大时，电流表指针向右偏转，则＿＿＿＿＿．

A．油面下降时，电流表指针向右偏转

B．油量表零刻度线一定与电流表原零刻度线相重合

C．油量表的刻度值从左往右是逐渐增大的

D．油箱内的油越少，流过电流表的电流越大

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.

“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：      ．

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

在探究“杠杆平衡条件”的实验中：

（1）某同学将杠杆悬挂起来，发现杠杆的右端低，左端高，他应该将杠杆两端的平衡螺母向________调节，使杠杆在________位置平衡。
（2）如图甲所示，在杠杆右边B处挂两个相同的钩码，要使杠杆仍在水平位置平衡，应在杠杆左边A处挂____个相同的钩码。
（3）如图乙所示，用弹簧测力计在C处竖直向上拉，当弹簧测力计逐渐向右倾斜时，杠杆仍然在水平位置平衡，弹簧测力计的拉力F_____（选填“变大”、“不变”或“变小”），原因是______。

某电开水器的结构如图甲所示（剖面图），简化的内部电路如图乙所示，进水管管口的阀门由轻质浮子1和与它们相连的两根轻质硬杆控制，只有进水管中的水压在正常范围内，冷水箱和煮水箱中的水位就比出水管管口低，冷水不会从出水管流出。当冷水箱中的水位达到一定高的时，浮子2浮起，会触动单刀三掷开关S₁，煮水电热管R₁通电发热，冷水被煮沸，水面升高，开水就从出水管进入贮水箱，当贮水箱中水位达到一定高度时，浮子3浮起，又会触动单刀三掷开关S₁，煮水暂停，一旦贮水箱中水温下降使温控开关S₂闭合，保温电热管R₂就会通电发热，开水处于保温状态。

（1）已知煮水电热管R₁的阻值为12.1Ω，保温电热管R₂的阻值为48.4Ω，求电开水器的最大发热功率。
（2）图甲中，当浮子1上升到最高处后，它的最上端恰好和出水管管口相平，阀门就会将进水管管口关闭，此时AC杆沿竖直方向。已知浮子1的体积V=2.5×10^-4m³，进水管管口和阀门的横截面积S均为1×10^-4m²（不计阀门的质量、管壁的厚度及两者之间的摩擦）；BO∶BA=20∶1（O为轻质浮子1的球心、A为两轻质硬杆的相交处，B为轻质硬杆BO的转轴），水箱内水面上方的气压P₀=1×10⁵Pa。为了不让冷水直接进入贮水箱，进水管管口阀门的上表面受到的压强不能超过多少Pa?