初中物理探究杠杆的平衡条件实验试题

郝强同学对建筑工地上的长臂吊车（如图甲）有些疑惑：不吊物体它能平衡，吊重物也能平衡，重物沿臂移动仍能平衡！后来他通过设计“移动支点式杠杆”模型（如图乙）弄懂了类似问题：密度及粗细都均匀的直棒AB=1.8m，放在一个宽度为40cm的凳子上，当在棒的A端固定一个铅块（忽略大小）m_铅=2kg时，棒刚好绕O₁点有转动的趋势（AO₁=30cm）．

（1）求棒的质量m_棒；
（2）当在P处挂一重物时（PB=10cm），棒刚好绕O₂点有转动的趋势．求重物质量m_物及此时棒对O₂点的压力F（g取10N/kg）；
（3）当悬线带着重物缓慢向A端移动时，可以认为凳面上只有某点E（即新支点）对棒有支持力．回答：随着重物左移，E点将“左移”或“右移”还不“不动”？棒对E点的压力F_E是“变大”或“变小”还是“不变”？（不必说明理由）

重为G的均匀木棒竖直悬于O点，在其下端施一水平拉力F，让棒缓慢转到图中虚线所示位置。在转动的过程中：

A．动力臂逐渐变大	B．阻力臂逐渐变小
C．动力F逐渐变大	D．动力F逐渐减小

图中，杠杆调平衡后，将两个体积相同的重物分别挂在杠杆两侧的A、B处，杠杆仍然平衡．则两重物重力大小之比G_A：G_B=　 　；若要将两重物同时浸没在水中，则杠杆的　 　端将上升．

为安全起见，妈妈为小明买了一块浮板辅助练习游泳。妈妈认为浮板能漂在水面上是因为它轻，小明认为妈妈的说法不对，科学的说法是因为浮板的密度比水的密度小。为验证自己的说法，小明设计了如下实验：
（1）找一根轻质均匀木棍、细绳（质量忽略不计）和一块标有“净重115g”字样的新肥皂，用如图所示的方法进行测量。测量时，使木棍在____位置平衡，记下A、B的位置，用刻度尺测出OA=10cm，OB-40cm，则浮板的质量为       kg。

（2）把浮板压入装满水的桶中刚好浸没，用塑料袋（质量忽略不计）收集溢出的水，用（1）所述方法测得溢出水的质量为4. 6 kg，则浮板的体积为      m³，密度为        kg/m³；用刻度尺测肥皂的长、宽、厚，算出肥皂的密度为1.33×l0³kg／m³。浮板在水中漂浮而肥皂在水中下沉，说明小明的说法是正确的。小明用此浮板游泳时浮板受到的最大浮力为______N。
（3）根据这个实验结果，妈妈说原来用密度比水小的材料制成的物体才能漂浮在水上，这种说法____（选填“正确”或“不正确”）。请举例说明                               .

AC为轻杆，杆始终保持水平，O为支点，OA=OC=25cm，CD⊥OC，AB绳与水平方向成30°角，即∠OAB=30°，AB绳所能承受的最大拉力为10N．

（1）当烧杯中未装入水时，求D端所悬挂重物的最大重力为多少？
（2）当烧杯中装入水时，重物浸没在水中，已知所悬挂重物体积为125cm³，ρ_水=1.0×10³kg/m³，求此时D端所悬挂重物的最大重力又为多少？（g=10N/kg）

如图是搬运泥土的独轮车，设车箱和泥土的总重G＝1000N，运泥土时从A点提起独轮车把手的力是F，F的力臂是   m，F的大小至少是   N.

有一电热水器，质量为20kg，装满水后的总质量为70kg，该热水器额定电压是220V，内部有两个加热管，有三档不同的加热功率，其中最大额定功率是2000W，如图是电热水器安装的尺寸及其受力示意图，在竖直方向上热水器受到挂钩拉力F₂和重力G，在水平方向上热水器受到膨胀螺钉对它的拉力F₁和墙壁对它的支持力F₃．（g取10N/kg，ρ_水=1.0×103kg/m3）

（1）该热水器最多能装多少立方米的水？
（2）该热水器装满水时，膨胀螺钉的拉力F₁是多大？
（3）若热水器内部两个加热管的电阻阻值相同，则每个加热管的电阻是多少？

下列工具中，使用时属于费力杠杆的是:（ ）

如图所示，用竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆，使重为18N的物体在5s内缓慢升高10cm，拉力大小F=8N，拉力移动的距离为25cm，拉力克服物体的重力做的功为_______J，拉力做功的功率为_____W，杠杆的机械效率为________；影响杠杆机械效率的主要因素为_____________________；竖直向上匀速拉动杠杆的过程中，物体的机械能将_      （选填“变大”“变小”或“不变”）．

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______。