12.1 杠杆
考点一.杠杆定义
典型例题:
1.下列关于杠杆的说法中正确的是( )
A.杠杆必须是一根直棒 B.杠杆一定要有支点
C.力臂必须在杠杆上 D.力臂就是力的作用点到支点的距离
2.如图所示,工人师傅将油桶推上台阶,下列说法正确的是( )
A.这不能看成杠杆,因为油桶是圆的
B.这不能看成杠杆,因为没有支点
C.这可以看成杠杆,因为满足杠杆的所有条件
D.这可以看成杠杆,支点就是油桶横截面的圆心
变式练习:
1.如图所示,小华用苹果和橘子来探究杠杆的平衡条件。他将苹果、橘子分别吊在轻杆的左、右两端,放手后,杠杆马上转动起来。使杆逆时针转动的力是( )
A.苹果的重力 B.吊橘子的绳对杆的拉力
C.橘子的重力 D.吊苹果的绳对杆的拉力
2.如图所示是一辆装满各种货物的手推车,当前轮遇到障碍物A时,售货员向下压扶手,这时手推车可看作杠杆,支点是________点;当后轮遇到障碍物A时,售货员向上提扶手,这时支点是________点。(两空均选填“A”“B”或“C”)
考点二.杠杆类型判断
典型例题:
1.如图所示的工具中属于费力杠杆的是( )
A.①② B.②③ C.②④ D.③④
2.下列四幅简单机械图中,属于费力杠杆的是( )
A.羊角锤 B.钓鱼杆
C.托盘天平 D.瓶起子
变式练习:
1.下图所示的简单机械一定省力的是( )
A.撬石头用的木棒 B.华赛艇用的船桨
C.理发用的剪刀 D.升旗用的定滑轮
2.下列杠杆中,属于等臂杠杆的是( )
A.天平 B.开瓶器
C.筷子 D.钳子
3.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.OBD是一个省力杠杆 B.ABC是一个省力杠杆
C.杠杆ABC上有粗糙的花纹,可以减小摩擦 D处刀刃较薄,可以增大压力
考点三:画力臂
典型例题:
1.如图所示,小明把羊角锤拔铁钉,请画出在A点施加最小动力F的示意图及其力臂l1。
2.在图中画出能使杠杆在图示位置平衡的最小动力F;
3.如图18-K-31所示,在课桌的A点用最小的力把桌腿B抬离地面,抬动时桌腿C没有滑动。请画出这个力的示意图,并标出它的力臂l。
变式练习:
1.如图所示,杠杆在力F1、F2的作用下(F2未画出)处于平衡状态.O为支点,L2是力F2的力臂,请在图中画出F1的力臂L1和力F2的示意图.
2.如图所示的杠杆(自重和摩擦不计),O为支点,A处挂一重为100 N的物体,为保证杠杆在水平方向平衡,在中点B处沿________(填“F”“F1”或“F2”)方向施加一个最小的力为________N.
3.如图所示,请在图中画出力F的力臂l及物体所受重力的示意图.
4.请在图中画出F的力臂L
考点四.杠杆平衡的应用
典型例题:
1.如图所示,O为杠杆的支点,用始终与杠杆垂直的力使杠杆从竖直位置到水平位置,在此过程中( )
A.杠杆始终是省力的 B.杠杆始终是费力的
C.杠杆先是省力的,后费力 D.杠杆先是费力,后省力
2.如图所示,杠杆处于平衡状态,如果将物体A和B同时向靠近支点的方向移动相同的距离,下列判断正确的是( )
A.杠杆仍能平衡 B.杠杆不能平衡,左端下沉
C.杠杆不能平衡,右端下沉 D.无法判断
3.钓鱼时,钓鱼竿可看成一根杠杆,如图18-K-25所示,其支点位于图中的________点。它是一个____________杠杆,使用它的好处是__________。要使钓起鱼时省力一些,则两手之间的距离应________(选填“增大”或“减小”)一些。
变式练习:
1.如图是小龙探究“杠杆平衡条件”的实验装置,用弹簧测力计在C处竖直向上拉,杠杆保持平衡。若弹簧测力计逐渐向右倾斜,仍然使杠杆保持平衡,拉力F的变化情况是( )
A.变小 B.变大 C.不变 D.无法确定
2.如图所示,一根铁棒在水平拉力F的作用下,以O点为转轴,由竖直逆时针匀速转向水平位置的过程中,动力F与动力臂L的大小变化( )
A.F增大,L增大 B.F减小,L减小
C.F增大,L减小 D.F减小,L增大
3.如图所示,轻质杠杆OA中点悬挂重为60N的物体,在A端施加一竖直向上的力F,杠杆在水平位置平衡,则力F的大小是 ,保持F的方向不变,将杠杆从A位置匀速提升到B位置的过程中,力F将 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
考点五.最小力判断
典型例题:
1.如图所示,AOB为一杠杆,O为支点,杠杆重不计,AO=OB.在杠杆右端A处用细绳悬挂重为G的物体,当AO段处于水平位置时,为保持杠杆平衡,需在B端施加最小的力为F1;当BO段在水平位置时保持杠杆平衡,这时在B端施加最小的力为F2,则( )
A.F1<F2 B.F1>F2 C.F1=F2 D.无法比较
2.如图所示,分别沿力F1、F2、F3的方向用力,使杠杆平衡,关于三个力的大小,下列说法正确的是( )
A.沿F1方向的力最小 B.沿F2方向的力最小
C.沿F3方向的力最小 D.三个力的大小相等
变式练习:
1..如图所示,一质量为1kg的长方体木块,静置于粗糙的水平面上,若水平面上各处粗糙程度均相同,在下列甲、乙、丙三种情况下,拉动长方体所需的最小水平施力分别为F甲、F乙、F丙,则其大小关系为下列何者( )
A.F丙>F乙>F甲 B.F甲>F乙>F丙
C.F甲>F乙=F丙 D.F甲=F乙=F丙
2.小明推一辆手推车遇到障碍物,小刚过来帮着推车的轮子,要想越过障碍物,力的作用点和方向如图所示,则小刚在推车轮子时( )
A.在A点用力最小 B.在B点用力最小
C.在C点用力最小 D.在A,C点用力相同
3..用一杠杆提一重物,如图所示,请在图中 A 点画出使杠杆在水平位置平衡的最小力 F
及力臂 L。
考点六.杠杆平衡实验
典型例题:
1.如图是小李和小王探究扛杆平衡条件的实验过程。
(1)实验前,杠杆静止的位置如图甲所示,此时应将螺母向 调节,使杠杆在水平位置平衡。
(2)接下来,小李在左右两侧分别挂上钩码,如图乙所示,此时杠杆 端下沉
(3)小李和小王又分别设计了两种实验方案。小李的方案如图丙所示。小王的方案如图丁所示。你认为 (选填“小李”或“小王”)的实验方案更好,请说明你的理由 。
(4)如图戊所示,使杠杆仍在水平位置平衡,当测力计从a位置转到b位置时,测力计示数 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
(5)在实验中,发现用如图已装置的方式是挂钩码,杠杆也能水平平衡(杠杆上每格等距),但老师建议同学们不宜采用这种方式,主要是因为 (填字母)。
A.一个人无法独立操作 B.力臂与杠杆不重台 C.力和力臂数目过多,操作过于繁琐
变式练习:
1.如图甲所示,小明在探究“杠杆的平衡条件”实验中所用的实验器材有:杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个。
(1)实验前,将杠杆中点置于支架上,当杠杆静止时,发现杠杆右端下沉。此时,应把杠杆两端的平衡螺母向 (选填“左”或“右”)调节,使杠杆在不挂钩码时,保持 并静止,达到平衡状态。这样做的好处是:便于在杠杆上直接测量 。
(2)杠杆调节平衡后,小明在杠杆上A点处挂4个钩码,在B点处挂6个钩码杠杆恰好在原位置平衡。于是小明便得出了杠杆的平衡条件为: 。他这样得出的结论是否合理? ;为什么?
(3)实验结束后,小明提出了新的探究问题:“若支点不在杠杆的中点时,杠杆的平衡条件是否仍然成立?”于是小组同学利用如图乙所示装置进行探究,发现在杠杆左端的不同位置,用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于平衡状态时,测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。其原因是: 。
2.小明同学想探究杠杆的平衡条件,他找来一根质地均匀的杠杆,以杠杆中点为支点,做了如图甲、乙所示的实验:
(1)实验开始前,若杠杆右端低左端高,为使其在水平位置上静止,应将左端的平衡螺母向 (填“左”或“右”)调节,使杠杆在水平位置平衡,这是为了方便读出 。
(2)接着小明在杠杆两侧挂上不同数量的钩码,使杠杆重新在水平位置平衡(如图甲),若在两侧下方再增挂一个相同的钩码,则杠杆 (填“左”或“右”)端将下沉。
(3)如图乙所示,若不在右侧挂钩码,改用弹簧测力计向下拉杠杆,使杠杆仍在水平位置平衡,当测力计从a位置转到b位置时,其示数大小将 。
(4)在乙图中作出弹簧测力计在b位置时,拉力的力臂。
3.在探究“杠杆的平衡条件”实验中,所用的实验器材有杠杆、支架、刻度尺、细线、质量相同的钩码若干,弹簧测力计。
(1)在没有挂钩码时杠杆的平衡位置如图甲所示。应将杠杆左端螺母向 边旋一些(选填“左“或“右”)。选杠杆的中点做支点的目的是
(2)调好后,按图乙进行实验,此时,测力计的示数比真实值 (“偏大”、“偏小”或“不变’)。原因是 。
(3)如图丙,每个钩码1N,当杠杆处于水平平衡时,测力计的示数是 N。
4.探究杠杆的平衡条件
(1)杠杆两端的螺母作用是 。
(2)小明用如图甲所示装置,进行实验并收集了下表中的数据,分析数据可知,杠杆的平衡条件是 。
(3)小明又用如图乙所示装置进行实验,请在图中画出拉F的力臂,弹簧测力计的读数应是 N.(一个钩码重0.5N)
(4)如图丙所示,小红实验时在一平衡杠杆的两端放上不同数量的相同硬币,杠杆仍在水平位置平衡。她用刻度尺测出L1和L2,则2L1 (选填“>”“<”或“=”)3L2。
实验次数
动力/N
动力臂/m
阻力/N
阻力臂/m
1
0.5
0.2
1.0
0.1
2
1.0
0.15
1.5
0.1
3
3.0
0.1
2.0
0.15
考点七.杠杆计算
典型例题:
1.如图所示,物体重G=50N,OB=0.4m,OA=1m,使杠杆在水平位置平衡时,F1的力臂L1=________m,F1=________N.(杠杆重忽略不计)
2.如图所示,甲、乙、丙三个相同的杠杆,所挂的物体受到的重力均为G=10N,它们分别在方向如图所示的力F1、F2、F3作用下处于平衡状态,那么三个力的大小关系是________;F1为________ N.
3.搬运砖头的独轮车,车厢和砖头所受的总重力G=1000N,如图,L1=0.3米,L2=1米。
(1)把独轮车看做一杠杆,则它是省力杠杆还是费力杠杆?
(2)推车时,人手向上的力F应为多大?
变式练习:
1.如图所示,用固定在墙上的三角支架ABC放置空调室外机.如果A处螺钉松脱,则支架会绕________点倾翻.已知AB长40cm,AC长30cm,室外机的重力为300N,正好处在AB中点处,则A处螺钉的水平拉力为______N(支架重力不计).为了安全,室外机应尽量______(填“靠近”或 “远离”)墙壁.
2.“暴走”是一种快速的徒步运动方式。观察分析人走路情形,可以将人的脚视为一根杠杆,如图所示,行走时人的脚掌前端是支点,人体受到的重力是阻力,小腿肌肉施加的力是动力。已知某人的质量为80kg,g=l0N/kg。
运动方式
散步
快走
慢跑
快跑
消耗能量E/kJ
315
1165.5
1260
1764
(1)请画出小腿肌肉施加的拉力F的力臂l1。
(2)根据图片,估算小腿肌肉产生的拉力是 N。
(3)人向前走一步的过程中,重心升高约4cm,人克服自身重力约做了 J的功。
(4)通过查阅资料:人以不同方式徒步运动半小时,消耗人体内的能量如上表所示。请你从能量角度分析“暴走”能健身的原因: 。
3.如图所示,一轻质均匀杠杆AB,O为支点,OA=OB=4m,A端用一不可伸长的细线系于地面,C点位于OB的中点。边长为0.1m的实心正方体物块M用一不可伸长的细线系于C点。此时AB静止于水平位置,C点的细线拉力恰为零,M对地面压强为3×103Pa.(两端细线质量忽略,g取10N/kg)求:
(1)物块M的质量;
(2)将一个重为40N的铁块P放在C点正上方,并用力F水平向左推动,使P沿OA向左做匀速直线运动,连接物块M的细线能承受的最大拉力为25N。
求:①铁块P向左运动过程中,物块M对地面的最小压强;
②若铁块P受到的摩擦力为其重力的0.1倍,在从C点开始向左匀速运动的过程中,推力F最多做的功。
4.小明做俯卧撑时(如图所示),可将其视为一个杠杆,重心在O点,他将身体撑起时,地面对两脚尖的支持力为250N,两脚尖与地面的接触面积为60cm2,双手与地面的接触面积为300cm2。
(1)画出以B为支点时重力的力臂L;
(2)已知小明的两脚尖对地面的压强与双手对地面的压强之比为5:2,地面对双手的支持力为多少?
(3)小明在1min内做了30个俯卧撑,每次肩部上升的高度为0.36m,则他1min内克服重力所做的功为多少?
5.如图所示,一轻质杠杆AB.长1m,支点在它中点O.将重分别为10N和2N的正方体M、N用细绳系于杆杆的B点和C点,已知OC:OB=1:2,M的边长l=0.1m。
(1)在图中画出N受力的示意图。
(2)求此时M对地面的压强。
(3)若沿竖直方向将M左右两边各切去厚度为h的部分,然后将C点处系着N的细绳向右移动h时,M对地面的压强减小了60Pa,求h为多少。
6.如图所示,轻质均匀杆OB长1 m,能绕支点O转动,B端用细绳BC竖直悬于C点,有一所受重力为200 N的物块挂在A点,OA长0.3 m,求:
(1)此时绳BC对杠杆的拉力大小。
(2)若绳BC能承受的最大拉力为150 N,移动重物到某一位置,绳BC恰好断裂,求重物悬挂点到支点O的距离。
12.1 杠杆
考点一.
典型例题
B
C
变式练习:
1.D
2.C B
考点二.
典型例题
C
B
变式练习:
A
A
B
考点 三
略
考点四.
典型例题
C
C
A 费力 省距离 增大
变式练习:
C
C
30 不变
考点五.
典型例题
B
B
变式练习
A
C
3.略
考点六.
典型例题
1.右 左 小李 小李弹簧测力计在图丙中的力与力臂垂直,力臂在杠杆上便于测量 C
变式练习
左 水平位置 力臂大小,同时消除杠杆重力对杠杆平衡的影响 F1l1=F2l2 不合理 只有一次实验总结,实验结论不具有普遍性 杠杆自身重力对实验结论有影响
左 力臂 右 变大 略
右 消除杠杆自重对实验的影响 偏大 动力臂减小 1.2
调节杠杆在水平位置平衡 F1l1=F2l2 2 >
考点七.
典型例题
0.5 4.0
F2>F3>F1 3.3
省力杠杆 300N
变式练习
C 200 靠近
略 400 32 速度越大,在单位时间内消耗的能量最多
3kg 500Pa 13J
略 500N 5400J
略 900Pa 0.05m
60N 0.75m