杆(提高)
【学习目标】1、知道什么是杠杆,能从常见的工具中辨认出杠杆;
2、理解支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂;
3、探究杠杆的平衡条件,理解杠杆的平衡条件,能进行有关计算;
4、能区分省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆。
【典型例题】
类型一、杠杆的概念及力臂
1、(2019秋?铜山县校级月考)关于杠杆的下列说法中正确的是( )
A.力臂是支点到力的作用点的距离
B.使用杠杆一定可以省力
C.动力作用线与动力臂一定是相互垂直的
D.支点一定在杠杆上,并且动力与阻力一定在支点两侧
【答案】C 【解析】A、从支点到力的作用线的距离叫力臂,简单地说,就是“点到线”的距离,而不是“点”到“点”的距离,故A错误;B、使用杠杆,有的可以省力,有的可以费力,有的既不省力也不费力,故B错误;C、因为动力臂是从支点到动力作用线之间的距离,所以动力作用线与动力臂一定是相互垂直的,故C正确;D、支点是杠杆绕着转动的固定点,所以支点在杠杆上,动力与阻力不一定在支点两侧,也可能在支点一侧,故D错误,故选C。
【总结升华】本题考查的杠杆力臂的基础知识点。做力臂实际上就是数学课中 “作点到线的距离”。数学里的“点”在物理中就是杠杆的“支点”,“线”就是“力的作用线”。所做的垂线段就是杠杆的力臂。举一反三:
【变式】下列说法正确的是( )
A.杠杆的支点一定在棒的某一端
B.动力的受力物体是杠杆,阻力的施力物体是杠杆
C.动力臂是支点到动力作用线的距离
D.阻力臂是支点到阻力作用点的距离
【答案】C
2、如图所示,开瓶盖的起子可以看作是一个杠杆,在图中能正确表示开瓶盖时,杠杆的支点、动力和阻力的是( )
【答案】C
【解析】(1)瓶盖紧紧的套在瓶口上,要使瓶盖打开,要克服瓶盖和瓶口之间的摩擦力,瓶盖给起子的力是向下的,利用杠杆克服这个摩擦力。
(2)动力F1使杠杆绕固定点转动,阻力F2阻碍杠杆转动,杠杆在动力和阻力的作用下,保持静止状态或匀速转动状态。
【总结升华】掌握杠杆的五个要素:支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂。
3、 画出图中力F的力臂,并用字母L表示。
【答案】
【解析】作杠杆的力臂的方法是: (1)反向延长各力(或正向延长)。 (2)过支点作延长线的垂线。 (3)标上直角符号和大括号,并标上表示该力臂的字母。
【总结升华】力臂的作图是初中物理基本题型,应该掌握好。
举一反三:
【变式】如图所示的杠杆中,动力的力臂用L表示,图中所画力臂正确的是( )
【答案】D
类型二、杠杆的平衡条件
4、在铁路道口常设有如图所示的道闸,这种道闸平时上扬,当火车要通过道口时道闸转动到水平位置,示意过往的其他车辆停车等候,这种道闸称为常开型道闸。与之相反,另一种道闸平时水平放置,当有车辆要通过时,道闸上扬,允许车辆通过,这种道闸称为常闭型道闸。对于这两种道闸重心的位置,下列说法正确的是( )
A.常闭型道闸,重心应在O点右侧 B.常开型道闸,重心应在O点右侧
C.常闭型道闸,重心应在O点左侧 D.常开型道闸,重心应在O点左侧
【答案】AD
【解析】当重心在O点左侧时,由于重力的作用,杠杆左端下降,右端上扬,是常开型的;当重心在O点右侧时,由于重力的作用,杠杆右端下降,左端上扬,是常闭型的。
【总结升华】此题通过生活中的实例考查了杠杆的平衡条件在生活中的应用。
5、如图是人抬独轮车车把时的简化示意图,此时独轮车相当于一个 杠杆(选填“省力”或“费力”);若动力臂是阻力臂的3倍,物体和车总重G为1200N,抬起车把的力F为 N。
【思路点拨】(1)根据动力臂与阻力臂的大小关系判断杠杆的类型。(2)根据杠杆的平衡条件计算动力的大小。
【答案】省力;400
【解析】(1)由示意图可知,独轮车在使用时动力臂大于阻力臂,所以它属于省力杠杆。
(2)由杠杆的平衡条件:得:;
因为:动力臂是阻力臂的3倍;
所以:。
【总结升华】判断杠杆的类型及计算力或力臂的大小是有关杠杆的最常见的两个题型,所以该题是很好的一道关于杠杆的知识应用题。
举一反三:
【变式】(2019?长阳县模拟)以下几种杠杆中,属于省力杠杆的是( )
A.钓鱼杆 B.利用筷子吃饭
C.扳手 D.利用扫帚扫地
【答案】C
6、如图所示,F1=4N,F2=2N,图中杠杆上每个小格代表的长度都相同,在这两个力的作用下,
轻质杠杆AB将( )
A. 顺时针转动 B. 逆时针转动 C. 保持水平 D. 无法判断
【答案】B
【解析】本题容易错选C,从题意看,符合F1L1=F2L2的杠杆平衡条件,是否平衡了呢?没有,原因是杠杆平衡要求动力和阻力的作用效果相反,就本题而言,F1的效果使杠杆逆时针旋转,杠杆若要平衡,则F2的效果应该是使杠杆顺时针旋转(F2的方向应该向下)才对,因此本题的杠杆不会平衡。
【总结升华】由此可见,关于简单机械习题并没有想像中的那么轻而易举,简单之中玄机暗藏,稍不留意,就会掉入出题者精心设置的陷阱之中,应对之策是:认真审题。
举一反三:
【变式】如图所示,一根质量均匀的直尺放在水平的桌面上,全长的伸出桌面,在伸出端挂一重5N的物体G时,直尺仍然恰好保持平衡,则此直尺重为( )
A. 2.5N B. 5N C. 7.5N D. 10N。
【答案与解析】将整个直尺的质量等效到位于重心处的一个质点,则此时力臂正好相等。故选B
7、如图所示,杠杆AOB的A端挂重为GA的物体,B端挂重为GB的物体时,杠杆处于平衡状
态,若AO=OB,杠杆自身重力不计,则( )
A. GA=GB B.GA<GB C. GA>GB D. 无法判断
【答案】B
【解析】同学们易错解:选A。题中给出的条件“OA=OB”看似平淡,实则“陷阱”,倘若认为二力的力臂相等,则会得出GA=GB的错误选项,由下图可知,OA>LB,根据杠杆的平衡条件可得B物体重力大。
【总结升华】对于杠杆平衡条件是解决杠杆平衡问题的重要依据,解题时找到动力、动力臂、阻力、阻力臂是关键。
举一反三:
【变式】如图所示的轻质杠杆,AO小于BO,在A、B两端悬挂重物G1和G2后杠杆平衡。若将G1和G2同时向支点O移动相同的距离,则( ) A. 杠杆仍保持平衡 B. 杠杆的A端向下倾斜 C. 杠杆的B端向下倾斜 D. 无法判断 【答案与解析】
本题容易错选A,题目中“同时向支点O移动相同的距离”并不意味着移动后杠杆的力臂关系跟原来一样,不妨极限化处理,假设它们移动的距离为OA,则G1力臂为零,而G2力臂不为零,所以杠杆B端下沉。故应选C。
8、如图所示,要将一圆柱体重物推上台阶,最小的作用力应是( )
A.F1 B.F2 C.F3 D.F4
【思路点拨】此题是求杠杆最小力的问题,已知点A是动力作用点,那么只需找出最长动力臂即可,可根据这个思路进行求解。
【答案】C
【解析】若在A端施力F,当F的方向与杠杆垂直时动力臂最大,此时最省力,
即:最小的作用力为F3。
【总结升华】找到动力作用点A到支点O的最长动力臂(动力的方向垂直于OA连线)是解决问题的关键。
举一反三:
【变式】如图所示,要使杠杆处于平衡状态,在A点分别作用的四个力中,最小的是( )
A.F1 B.F2 C.F3 D.F4
【答案】C
【巩固练习】
一、选择题
1、两个力同时作用在杠杆上,使杠杆处于平衡状态。下列说法正确的是 ( )
A.两个力的大小一定相等 B.两个力的方向一定相同
C.两个力的力臂一定相等 D.两个力与它们相应的力臂乘积一定相等
2、如图所示,杠杆平衡时,则F1的力臂是 ( )
A.OF1 B.AF1 C.OC D.OA
3、如下图中的杠杆平衡时,F1与F2之比是 ( )
A.5:4 B.4:5 C.1:4 D.4:1
4、(2019?邢台二模)如图所示杠杆处于平衡状态,当将左右两端的钩码同时向远离支点的方向移动两格时( )
A.左端下沉 B.右端下沉 C.仍然平衡 D.无法判断
5、一把刻度准确的杆秤,秤砣因长期使用磨损变轻,现用其称大白菜质量时的示数将( )
A.比物体的实际质量大 B.比物体的实际质量小
C.和物体的实际质量相同 D.无法判断
6、 图所示的四种情景中,所使用的杠杆属于费力杠杆的是 ( )
7、如图所示,是一种指甲刀的结构示意图,下列说法正确的是( )
A.ABC是一个省力杠杆
B.D处刀刃较薄,可以增大压力
C.杠杆ABC上有粗糙的花纹,可以减小摩擦
D.指甲刀只有两个杠杆,一个省力杠杆,一个费力杠杆
8、如图所示,一根重木棒在水平动力(拉力)F的作用下以O点为轴,由竖直位置逆时针匀速转到水平位置的过程中,若动力臂为L动力与动力臂的乘积为M,则
A.F增大,L增大,M增大
B.F增大,L减小,M减小
C.F增大,L减小,M增大
D.F减小,L增大,M增大
二、填空题
9、在电视剧《三国演义》中,有这样一个情景:一群士兵力拉动一个杠杆,会将石块抛向敌方阵营它是个________杠杆。要把石块抛出去,图中作用在A点的力沿________方向最小(填“a”、“b”或“c”)。
10、为了寻找“手臂上的杠杆”做了如下实验:小明右手拿着书,先让手下垂,左手掌贴着右上臂的前部(肱二头肌),将右下臂慢慢抬起到水平位置,他感觉到右上臂的肱二头肌越来越紧张。请你结合如图所示,利用杠杆原理解释产生这一现象的主要原因________________。
11、如图所示是搬运泥土的独轮车.设车厢和泥土的总重G=1200 N,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。
12、一位同学用棒挑着重物扛在肩上行走,如图所示,他胳膊所用的力________一物重(填“大于”、“小于”或“等于”),要使胳膊所用的力减小些可采用的办法是________。
13、如图所示,杆秤秤砣的质量为0.1kg,杆秤的质量忽略不计。若杆秤水平静止时,被测物和秤砣到提纽的距离分别为0.05m、0.2m,则被测物的质量为________kg。若秤砣有缺损时,则杆秤所示的质量值________被测物的真实质量值(填“小于”、“等于”或“大于”)。
三、作图与实验
14、(2019?鄄城县三模)如图所示,画出图中动力F1的力臂,并用字母L1表示。
15、(2019秋?宜兴市校级期中)在探究“杠杆平衡条件”实验中:
(1)实验前应先调节杠杆在水平位置平衡,目的是________________,
(2)杠杆平衡后用弹簧测力计在如图中的C位置斜下拉,若每个钩码重2N,当杠杆在水平位置平衡时,测力计示数将________(填“大于”“等于”或“小于”)2N。
16、看漫画图,小猴和小兔在分萝卜,他们用一个三角形支点支起萝卜,当萝卜平衡时,小兔选择了长的那段萝卜,请你分析一下,小兔选择的那段长萝卜的重力比另一段大些还是小些?这种分法是否均衡?
【答案与解析】
一、选择题
1、【答案】D
2、【答案】C
3、【答案】D
4、【答案】B
【解析】设杠杆上每格长度是L,每格钩码的重力是G,原来杠杆:2G×3L=3G×2L,处于平衡状态,
若将两端的钩码同时远离支点一格,左侧=2G×4L=8GL,右侧=3G×3L=9GL,左侧力与力臂乘积<右侧力与力臂乘积,右端下沉,所以ACD错误,B正确,故选B。
5、【答案】A
【解析】刻度准确的杆秤它就是利用杠杆的原理来工作的,杆秤上所挂的物体对杠杆的力如果视为动力,则秤砣对杆秤的力为阻力,由杠杆的平衡条件可知,力与相应的力臂是成反比关系,故秤砣由于磨损变轻时,秤砣对应的力臂变大,读的示数偏大。
6、【答案】D 【解析】判断杠杆省力还是费力,关键是比较动力臂和阻力臂的大小。在分析一个杠杆时,要首先确定出杠杆的支点、动力、阻力、动力臂与阻力臂,并画出示意图,图要画得规范,力和力臂尽量按实际比例画,建立直观图景,便于判定。通过这样的方法,我们可以知道,A、B和C是省力杠杆,D是费力杠杆。当然由于实际图形中确定支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂比较困难,建议同学们还是熟记一些常见的省力杠杆、费力杠杆的例子。
7、【答案】A
【解析】A、对于ABC如图所示:
在使用时,它的动力臂大于阻力臂,所以它是省力杠杆,符合题意;
B、在相同的压力下,D处刀刃较薄,受力面积小,产生的压强大,压力的作用效果明显,并不是压力增大了,不符合题意;
C、杠杆ABC上有粗糙的花纹,增大接触面的粗糙程度,可以增大摩擦,不符合题意;
D、指甲刀中有三个杠杆:ABC、OBD、0ED,其中ABC是省力杠杆,其它两个都是费力杠杆,不符合题意。
8、【答案】C
【解析】当拉动木棒时,阻力(等于其重力)不变,通过画图及几何知识可知,其阻力臂变大、动力臂变小,故动力与动力臂的乘积M变大(杠杆平衡条件),动力变大。
二、填空题
9、【答案】费力;c
【解析】c方向的力的力臂最大。
10、【答案】由于阻力臂越来越大,动力就越来越大。
【解析】下臂抬起过程中,动力臂、阻力保持不变,阻力臂增大,故动力增大。
11、【答案】1.6;300
【解析】该小车就是一个杠杆,它的支点在车轮中心,动力臂为1.6 m,阻力臂为0.4 m。
12、【答案】大于让物体离肩部近一些(或让手离肩部远一些)。
【解析】图中动力臂小于阻力臂,为了省力,可以减小阻力臂或增大动力臂。
13、【答案】0.4;大于
【解析】当杆秤平衡时,以提纽为支点,设秤砣对秤杆的拉力(等于砣重)为动力,物体对秤杆的拉力(等于物重)为阻力,此时杆秤处于水平状态,动力臂为提纽到砣的距离,阻力臂等于物体到提纽的距离,根据杠杆平衡条件,可以求出被测物体的质量。若秤砣缺损,即动力减小,若要使杠杆平衡,应增大动力臂,故所测质量大于被测物的质量。
三、作图与实验探究
14、【答案】
15、【答案】便于测量力臂;(2)大于
【解析】(1)调节杠杆两端的平衡螺母使杠杆在水平位置平衡,杠杆在水平位置平衡,力臂在杠杆上,便于在杠杆上直接读取力臂,同时使杠杆的重心在支点上,消除杠杆重对杠杆平衡的影响,(2)当弹簧测力计在图乙所示的C位置斜向下拉时,力臂变小,即L1<4L,根据杠杆平衡条件得,2N×2L=F×L1,即 ,因为L1<4L,所以F>1N。故答案为:(1)便于测量力臂;(2)大于。
16、【答案】小兔选择的那段长萝卜的重力比另一段小些,这种分法不均衡。
【解析】萝卜处于平衡状态,由图可知,右侧部分重心离支点O较远,故力臂OB较大,左侧部分重心离支点O较近,故力臂OA较小;
根据杠杆平衡条件GA×OA=GB×OB,左侧萝卜重力GA大、右侧重力GB小,故小猴分的萝卜要重。