(决胜中考)中考物理 分类解读与强化训练 专题六 动态杠杆分析(含解析) 新人教版
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专题六 动态杠杆分析
杠杆问题是我们生活实践中常见问题,广泛应用于各种机器、机械,在生活中应用也很广泛。
初中物理关于杠杆的动态变化问题是学生学习的难点,也是中考试题中的难点和重点并在中考中占有一定比例。
动态杠杆分析主要涉及以下三个方面:最小力问题、力与力臂变化问题、再平衡问题。
动态杠杆分析离不开杠杆的平衡条件:2211l F l F =,即动力×动力臂=阻力×阻力臂。
提升重物时,公式为:211Gl l F =,动力为:1
21l Gl F =。
一、最小力问题
此类问题中“阻力×阻力臂”为一定值,要使动力最小,根据杠杆平衡条件,必须使动力臂最大。
要使动力臂最大需要做到:在杠杆上找一点(动力作用点),使这点到支点的距离最远;动力方向应该是过该点且与该连线垂直的方向,如图(1)所示,最小力应该是F 3。
图(1)
二、力与力臂的变化问题
此问题是在力与力臂变化时,如何利用杠杆平衡条件2211l F l F =和控制变量法,分析变量之间的关系。
如图(2)所示,在探究杠杆平衡条件实验时,当拉紧的弹簧测力计向左转动时,拉力的变化情况是会逐渐减小。
三、再平衡问题
杠杆再平衡的问题,实际上就是判断杠杆在发生变化前后,力和力臂的乘积是否相等,乘积大的一端下降,乘积小的一端上升。
图(2)图(3)
如图(3)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,杠杆将失去平衡,右端下沉。
一、杠杆
1.什么是杠杆:在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒,这根硬棒就叫杠杆。
(1)“硬棒”泛指有一定长度的,在外力作用下不变形的物体。
(2)杠杆可以是直的,也可以是任何形状的。
如图(4)所示。
2.杠杆的七要素(如图(5)所示)
图(4)杠杆图(5)杠杆的七要素
(1)支点:杠杆绕着转动的固定点,用字母“O”表示。
它可能在棒的某一端,也可能在棒的中间,在杠杆转动时,支点是相对固定;
(2)动力:使杠杆转动的力叫动力,用“F1”表示;
(3)阻力:阻碍杠杆转动的力叫阻力,用“F2”表示;
(4)动力作用点:动力在杠杆上的作用点;
(5)阻力作用点:阻力在杠杆上的作用点;
l”表示;
(6)动力臂:从支点到动力作用线的垂直距离,用“
1
l”表示。
(7)阻力臂:从支点到阻力作用线的垂直距离,用“
2
注意:无论动力还是阻力,都是作用在杠杆上的力,但这两个力的作用效果正好相反。
一般情况下,把人施加给杠杆的力或使杠杆按照人的意愿转动的力叫做动力,而把阻碍杠杆按照需要方向转动的力叫阻力。
力臂是点到线的距离,而不是支点到力的作用点的距离。
力的作用线通过支点的,其力臂为零,对杠杆的转动不起作用。
3.杠杆示意图的画法(如图(6)所示):(1)根据题意先确定支点O;
(2)确定动力和阻力并用虚线将其作用线延长;
甲乙丙
图(6)杠杆的示意图
(3)从支点向力的作用线画垂线,并用l1和l2分别表示动力臂和阻力臂;
第一步:先确定支点,即杠杆绕着某点转动,用字母“O”表示。
第二步:确定动力和阻力。
人的愿望是将石头翘起,则人应向下用力,画出此力即为动力用“F1”表示。
这个力F1作用效果是使杠杆逆时针转动。
而阻力的作用效果恰好与动力作用效果相反,在阻力的作用下杠杆应朝着顺时针方向转动,则阻力是石头施加给杠杆的,方向向下,用“F2”表示如图乙所示。
第三步:画出动力臂和阻力臂,将力的作用线正向或反向延长,由支点向力的作用线作垂线,并标明相应的“l1”“l2”,“l1”“l2”分别表示动力臂和阻力臂,如图丙所示。
4.杠杆的平衡条件
(1)杠杆的平衡:当杠杆在动力和阻力的作用下静止时,我们就说杠杆平衡了。
(2)杠杆的平衡条件实验
图(7)图(8)
1)首先调节杠杆两端的螺母,使杠杆在水平位置平衡。
如图(8)所示,当杠杆在水平位置平衡时,这样就可以由杠杆上的刻度直接读出力臂实物大小了,而图(7)杠杆在倾斜位置平衡,读力臂的数值就没有图(8)方便。
由此,只有杠杆在水平位置平衡时,我们才能够直接从杠杆上读出动力臂和阻力臂的大小,因此本实验要求杠杆在水平位置平衡。
2)在实验过程中绝不能再调节螺母。
因为实验过程中再调节平衡螺母,就会破坏原有的平衡。
(3)杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂,或F1l1=F2l2。
5.杠杆的应用
(1)省力杠杆:动力臂l1>阻力臂l2,则平衡时F1<F2,这种杠杆使用时可省力(即用较小的动力就可以克服较大的阻力),但却费了距离(即动力作用点移动的距离大于阻力作用点移动的距离,并且比不使用杠杆,力直接作用在物体上移动的距离大)。
(2)费力杠杆:动力臂l1<阻力臂l2,则平衡时F1>F2,这种杠杆叫做费力杠杆。
使用费力杠杆时虽然费了力(动力大于阻力),但却省距离(可使动力作用点比阻力作用点少移动距离)。
(3)等臂杠杆:动力臂l1=阻力臂l2,则平衡时F1=F2,这种杠杆叫做等臂杠杆。
使用这种杠杆既不省力,也不费力,即不省距离也不费距离。
既省力又省距离的杠杆时不存在的。
一、最小力问题
【典例1】(2018·东营)如图所示,杠杆AOB能绕O点转动。
在A点挂一重物G,为使杠杆保持平衡且用力最小,在B点施加一个力,这个力应该是图中的_________。
【解析】在B点施力F,阻力的方向向下,为使杠杆平衡,动力的方向应向下,F4方向向上,不符合要求;
当F的方向与杠杆垂直时动力臂最大,此时最省力,即F2的方向与OB垂直,故F2最小。
故答案为:F2。
二、力与力臂变化问题
【典例2】(2018•玉林)如图所示,长为40cm、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(选填“增大”、“不变”或“减小”),力F所做的功为J。
【解析】(1)根据杠杆平衡条件来做出分析;(2)根据h=Lsin30°求出物体重心上升的高度,再根据W=Gh求出克服重力做的功,即为拉力做的功。
【解答】(1)在杠杆缓慢地由与水平方向夹角为30°的位置拉至水平位置的过程中,动力臂L的长度没有变化,阻力G的大小没有变化,而阻力臂L却逐渐增大;
由杠杆的平衡条件知:F•L=G•L′,当L、G不变时,L′越大,那么F越大,因此拉力F在这个过程中逐渐增大;
(2)物体重心上升的高度h=Lsin30°=×40cm×=10cm=0.1m,
拉力做的功W=Gh=10N×0.1m=1J。
故答案为:增大;1。
三、再平衡问题
【典例3】(2018·潍坊)如图所示,杠杆处于平衡状态。
如果杠杆两侧的钩码各减少一个,杠杆将()。
A.左端下降 B.右端下降 C.仍然平衡 D.无法判断
【解析】图中杠杆处于平衡状态,设一个钩码的重为G,杠杆上一格的长度为L,根据杠杆平衡条件可得:2G×3L=3G×2L;如果杠杆两侧的钩码各减少一个,则:左边力与力臂的乘积:1G×3L,右边力与力臂的乘积:2G×2L,由于此时右边力与力臂的乘积较大,所以右端下降。
故选B。
一、最小力问题
1.(2018·龙东)如图所示的简单机械中一定费力的是()。
A.起瓶器 B.撬棒
C.羊角锤 D.钓鱼竿【解析】A、起瓶器在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆,故A错误;
B.撬棒在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆,故B错误;
C、羊角锤在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆,故C错误;
D、钓鱼竿在使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆,故D正确。
故选D。
2. (2018·海南)如图所示,下列工具在使用中属于省力杠杆的是()。
【解析】A、筷子使用时,动力臂小于阻力臂是费力杠杆,故A不符合题意;
B、钓鱼竿使用时,动力臂小于阻力臂是费力杠杆,故B不符合题意;
C、钢丝钳翦断钢丝时,动力臂大于阻力臂是省力杠杆,故C符合题意;
D、食品夹使用时,动力臂小于阻力臂是费力杠杆,故D不符合题意;
故选C。
3.(2018·齐齐哈尔)如图所示的用具,在正常使用的过程中,属于费力杠杆的是()。
A.B. C.D.
【解析】杠杆的分类主要包括以下几种:①省力杠杆,动力臂大于阻力臂;②费力杠杆,动力臂小于阻力臂;
③等臂杠杆,动力臂等于阻力臂。
A、图示剪刀,在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;
B、钢丝钳在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;
C、图示剪刀,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆;
D、独轮车在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆。
故选:C。
4.(2018·贵阳)人们应用不同的简单机械来辅助工作,正常使用下列简单机械时说法正确的是()。
A.筷子可以省距离B.所有剪刀都一定省力
C.定滑轮可以省力D.撬棒越短一定越省力
【解析】A、用筷子夹菜时,动力臂小于阻力臂,所以是一个费力杠杆,费力但省距离,故A正确;
B、剪铁皮用的剪刀,在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;
理发用的剪刀,在使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆;
所以,剪刀有省力的,也有费力的,故B错误;
C、定滑轮在使用过程中,动力臂等于阻力臂,是等臂杠杆,不省力,故C错误;
D、撬棒在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;在其它条件不变时,省力的多少取决于动力臂的长短,撬棒越短动力臂越小,越费力,故D错误。
故选A。
5.(2018•湖州)一根均匀的长方体细长直棒重1.5牛,下底面积为20厘米2,将它放在水平桌面上,并有的长度露出桌面外,如图所示。
在棒的右端至少应施加牛的竖直向下的力,才能让它的左端离开桌面。
【解析】确定支点,压力为动力,棒的重力为阻力,根据杠杆的平衡条件进行分析,且要使力最小,需使动力臂最长。
【解答】在棒的右端施加力,使左端抬起,此时直棒相当于杠杆,支点在桌边,根据杠杆的平衡条件,要使动力最小,应该使动力臂最长,所以应在最右端施加一个竖直向下的力,如图所示:
设直棒的长为L,由题知L1=L,重力的力臂L2=﹣=L,
根据杠杆的平衡条件可得:F•L1=G•L2,
即:F×L=1.5N×L,解得:F=1.5N。
故答案为:1.5。
6.(2018•泸州)泸州市为了巩固创文成果下发了宜传手册“绿色低碳生活,从垃圾分类开始”。
如图是一种轮式垃圾桶,拖动时它相当于一个杠杆(选填“省力”或“费力”);垃圾桶底部的小轮子是为了摩擦力(选填“增大”或“减小”);若拖动时垃圾桶总重为150N,且动力臂为阻力臂的2倍,则保持垃圾桶平衡的拉力F为N。
【解析】(1)由示意图分析动力和阻力,然后看动力臂和阻力臂的大小,确定杠杆种类;(2)用滚动代替滑动可以减小摩擦;(3)根据杠杆的平衡条件进行计算求出竖直向上的力。
【解答】(1)图示的垃圾桶,因为是动力臂大于阻力臂的杠杆,所以是一个省力杠杆;
(2)垃圾桶底部安装小轮子,采用变滑动为滚动的方式减小了摩擦力;
(3)已知垃圾桶总重G=150N,动力臂L1=2L2,
根据杠杆平衡条件:FL1=GL2可得,
保持垃圾桶平衡的拉力为:F===75N。
故答案为:省力;减小;75。
7.(2018·德阳)如图OAB轻质杠杆,O为支点,请在图中B点处画出能使杠杆保持平衡的最小力F的示意图。
【解析】(1)根据杠杆平衡的条件可知,在杠杆中的阻力、阻力臂一定的情况下,要使所用的动力最小,必须使动力臂最长;(2)在通常情况下,连接杠杆支点和动力作用点这两点所得到的线段最长,依此为动力臂,最省力。
【解答】(1)由O点到杆顶端的距离是最长的力臂,所以动力应作用在杠杆的顶端B处;
(2)根据杠杆平衡的条件,要使杠杆平衡,动力方向垂直于杆向上,据此可画出最小的动力,如图所示:
8.(2018·安徽)图a所示为前臂平伸用手掌拖住铅球时的情形。
我们可将图a简化成如图b所示的杠杆。
不计自重。
若铅球质量m=3kg,OA=0.03m,OB=0.30m,求此时肱二头肌对前臂产生的拉力F1大小(g取10N/kg)。
【解析】肱二头肌对前臂产生的拉力F1为动力,3kg铅球的重力即为阻力F2,利用杠杆的平衡条件求肱二头肌的收缩力。
解答:由图可知,支点是O点,肱二头肌对前臂产生的拉力F1为动力,3kg铅球的重力即为阻力F2,则阻力:
,由图知,L1=OA=0.03m,L2=OB=0.30m,根据杠杆的平衡条件:
=300N。
,即:,解得F
答:肱二头肌对前臂产生的拉力F1为300N。
9.(2018·福建A)《墨经》最早记述了秤的杠杆原理,如图中“标”“本”表示力臂,“权”“重”表示力,以下说法符合杠杆平衡原理的是()。
A.“权”小于“重”时,A端一定上扬;
B.“权”小于“重”时,“标”一定小于“本”;
C.增大“重”时,应把“权”向A端移;
D.增大“重”时,应更换更小的“权”
【解析】A.根据杠杆平衡条件,“权”小于“重”时,因为不知道“标”和“本”的大小关系,无法确定“权”和“标”的乘积与“重”和“本”乘积的大小的关系,故A错误。
B.根据杠杆平衡条件,“权”小于“重”时,“标”一定大于“本”,故B错误。
C.根据杠杆平衡条件,“本”不变,增大“重”时,因为“权”不变,“标”会变大,即应把“权”向A端移,故C正确。
D.使用杆秤时,同一杆秤“权”不变,“重”可变,不同的“重”对应不同的“标”。
若更换更小的“权”,“标”也会变得更大,不符合秤的原理,故D错误。
答案为C。
10.(2018·眉山)如图所示,轻质杠杆OA能绕O点转动,请在杠杆中的A端画出使轻质杠杆保持平衡的最小的力F的示意图(要求保留作图痕迹)。
【解析】此题是求杠杆最小力的问题,已知点O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。
【解答】O为支点,所以力作用在杠杆的最右端A点,并且力臂是OA时,力臂最长,此时的力最小。
确定出力臂然后做力臂的垂线即为力F.如图所示:
11.(2018·绵阳)如图所示,两个等高的托盘秤甲、乙放在同一水平地面上,质量分布不均匀的木条AB重24N,A、B是木条两端,O、C是木条上的两个点,AO=B0,AC=OC.A端放在托盘秤甲上,B端放在托盘秤乙上,托盘秤甲的示数是6N.现移动托盘秤甲,让C点放在托盘秤甲上。
此时托盘秤乙的示数是()。
A.8N B.12N C.16N D.18N
【解析】A端放在托盘秤甲上,以B点支点,根据杠杆平衡条件先表示出木条重心D到B的距离,当C点放在托盘秤甲上C为支点,再根据杠杆平衡条件计算托盘秤乙的示数。
【解答】设木条重心在D点,当A端放在托盘秤甲上,B端放在托盘秤乙上时,以B端为支点,
托盘秤甲的示数是6N,根据力的作用是相互的,所以托盘秤对木条A端的支持力为6N,如图所示:
由杠杆平衡条件有:F A×AB=G×BD,即:6N×AB=24N×BD,
所以:AB=4BD,BD=AB,
当C点放在托盘秤甲上时,仍以C为支点,此时托盘秤乙对木条B处的支持力为F B,
因为AO=BO,AC=OC,所以CO=OD=BD,BC=3BD,CD=2BD
由杠杆平衡条件有:F B×BC=G×CD,即:F B×3BD=24N×2BD,
所以:F B=16N,则托盘秤乙的示数为16N。
故选C。
12. (2018·天津)利用图甲中的撬棒撬石块时,撬棒相当于______(选填“省力”或“费力”)杠杆;利用图乙中的滑轮组匀速提升900N的重物时,若忽略滑轮自重、绳重及摩擦,人对绳的最小拉力为______N。
【解析】(1)结合图片和生活经验,判断杠杆在使用过程中,动力臂和阻力臂的大小关系,再判断它是属于哪种类型的杠杆。
(2)由乙图可知绳子的有效股数,根据F=G物求出拉力的大小。
【解答】(1)用撬棒撬石头时,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;
(2)由乙图可知绳子的有效股数n=3,拉力F=G物=×900N=300N。
故答案为:省力;300。
13.(2018·齐齐哈尔)如图所示的杠杆(自重和摩擦不计),O是支点,A处挂一重为50N的物体,为保证杠杆在水平位置平衡,在中点B处沿(选填“F1”、“F2”或“F3”)方向施加的力最小,为N。
【解析】本题考查了学生对杠杆平衡条件的掌握和运用,根据动力臂最长时最省力找出动力臂是本题的关键。
以支点到力的作用点的距离当成力臂时是最大的力臂。
解:为使拉力最小,动力臂要最长,拉力F的方向应该垂直杠杆向上,即竖直向上(F2),动力臂为OB最长,杠杆在水平位置平衡,根据杠杆的平衡条件:
F2×OB=G×OA,由于OA是OB的二倍,所以:F=2G=100N。
故答案为:F2;100。
14.(2018·昆明)如图所示,轻质杠杆 OA 可绕 O 点无摩擦转动,A 点处挂一个重为 20N 的物体,B 点处加一个竖直向上的力 F,杠杆在水平位置平衡,且 OB:AB=2:1。
则 F= N,它是杠杆。
【考点】杠杆的平衡条件;杠杆的分类。
【解析】已知物体G的重力,再根据杠杆平衡的条件F•OB=G•OA可直接求F的大小,根据拉力F和G的大小判断杠杆的种类。
【解答】因为OB:AB=2:1,
所以OB:OA=OB:(OB+AB)=2:(2+1)=2:3,
由杠杆平衡的条件F得:F•OB=G•OA可得:F===30N;
因为F>G,所以此杠杆为费力杠杆。
故答案为:30;费力。
15.(2018·连云港)如图所示,O为杠杆的支点,杠杆右端挂有重为G的物体,杠杆在力F1的作用下在水平位置平衡。
如果用力F2代替力F1使杠杆仍在水平位置保持平衡,下列关系中正确的是()。
A.F1<F2B.F1>F2C.F2<G D.F1=G
【解析】由题知,O为支点,当阻力、阻力臂不变时,由杠杆的平衡条件知:动力和动力臂的乘积一定,当动力臂较大时,动力将较小;动力臂较小时,动力将较大。
因此先判断出F1、F2的力臂大小,即可判断出两力的大小关系从而比较出F1、F2与G的关系。
AB、设动力臂为L2,杠杆长为L(即阻力臂为L);由图可知,F2与杠杆垂直,因此其力臂为最长的动力臂,由杠杆平衡条件可知F2为最小的动力,则F1>F2,故A错误,B正确;CD、用力F2使杠杆在水平位置保持平衡时,由杠杆平衡条件可得:F2•L2=G•L,由图知L2<L,所以F2>G;故C错误;因为F1>F2,F2>G,所以F1>F2>G,故D错误。
故选:B。
【答案】B。
二、力与力臂变化问题
1.(2018·聊城)人体中的许多部位都具有杠杆的功能。
如图是人用手托住物体时手臂的示意图,当人手托5kg的物体保持平衡时,肱二头肌收缩对桡骨所施加力的大小一定()。
A.大于5kg B大于49N C小于49N D.等于49N
【解析】首先确定杠杆的支点、动力、阻力及对应的动力臂和阻力臂,根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2,并结合力臂的概念进行分析。
【解答】A、力的单位是N,质量的单位是kg,题目是求力的大小,不能用kg左单位,故A错误;
BCD、由图知,物体的重力为G=mg=5kg×9.8N/kg=49N;
肱二头肌的拉力为动力,物体对手的压力为阻力,支点在肘,如图所示:
所以动力臂小于阻力臂,根据杠杆平衡条件:F1L1=F2L2
因为L1<L2,所以F1>F2
即肱二头肌收缩所承受的力一定大于49N.故B正确,CD错误。
故选B。
2.(2018•广安)如图,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”)。
【解析】(1)物体的重力为阻力,杠杆在水平位置保持平衡时,BC为阻力臂,BA为动力臂,根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2求出拉力的大小;(2)利用杠杆平衡条件分析拉力F的大小变化情况。
【解答】杠杆在水平位置保持平衡,由F1l1=F2l2可得,拉力的大小:F1=G=G=×100N=50N。
若将A端缓慢向上提升一小段距离,则阻力臂l2将变小,阻力G不变,即F2l2变小,
因为拉力方向始终垂直于杠杆,所以动力臂不变,l1始终等于BA,根据F1l1=F2l2可知F1变小,即拉力F减小;
故答案为:50;减小。
3.(2018·邵阳)某物理实验小组的同学,利用如下图所示的装置,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)如图甲所示,为使杠杆在水平位置平衡,应将右端的平衡螺母向移动。
(选填“左”或“右”)(2)实验中测得的数据如下表所示:
通过探究,由实验数据可以得出杠杆的平衡条件是。
(3)如图乙所示,将杠杆两端同时减去一个钩码,杠杆左端会。
(选填“下沉”或“上升”)【解析】杠杆在水平位置平衡后,支点到力的作用点的距离就是力臂,因此在此实验中我们应首先调节杠杆在水平位置平衡。
(1)杠杆左端下沉,说明杠杆的重心在支点左侧,调节平衡螺母应使杠杆重心右移,这一调节过程的目的是为了使杠杆的自重对杠杆平衡不产生影响;杠杆在水平位置平衡时,力的方向与杠杆垂直,力臂的长度可以直接从杠杆上读出来。
(2)分析表中数据得出杠杆的平衡条件为:;(3)用杠杆平衡条件可对两侧的力的力臂的乘积进行分析,最后做出判断。
解答:(1)如图甲所示,杠杆左端下沉,说明杠杆的重心在支点左侧,应将右端的平衡螺母向右移动;
(2)分析表中数据,计算动力乘以动力臂和阻力乘以阻力臂,就可以得出杠杆的平衡条件是动力×动力臂=阻力×阻力臂(或)。
(3)设一个钩码的重力G,一格的长度为L,则当杠杆两侧的钩码各取下一个后,左边
右边;故杠杆不再水平平衡,左侧会下沉;
故答案为:(1)右;(2)(或“动力×动力臂=阻力×阻力臂”);(3)下沉。
4.(2018·吉林)在“探究杠杆平衡条件”的实验中:
(1)把质量分布均匀的杠杆中点作为支点,其目的是消除对实验得影响;
(2)如图所示,是已经平衡的杠杆,若在两侧的钩码下再各增加一个相同的钩码,杠杆会失去平衡,那么只需要将(选填:下列序号),杠杆就会重新平衡;①左侧钩码向左移动4个格②右侧钩码向左移动2个格③平衡螺母向左适当调节
(3)小明改用弹簧测力计做实验,如图所示,使杠杆在水平位置平衡,则弹簧测力计的示数 1N (选填:“大于”、“小于”、“等于”)。
(每个钩码0.5 N )
【解析】重点研究是杠杆平衡条件的实验,第二问中将钩码重,及移动后的力臂代入杠杆平衡条件,两边相等就可以平衡,两边不等,不会平衡,第三问中测力计斜着拉杠杆时,力臂减小,所以动力F要增大。
(1)把质量分布均匀的杠杆中点作为支点,其目的是消除杠杆自重对实验得影响,实验时方便让杠杆在水平位置平衡;
(2)如图所示,是已经平衡的杠杆,若在两侧的钩码下再各增加一个相同的钩码,杠杆会失去平衡;
设杠杆一格长为L,每个钩码重为G;
①左侧钩码向左移动4个格,可得:,杠杆不平衡;
②右侧钩码向左移动2个格,可得:,杠杆平衡;
③实验过程中不能通过调节平衡螺母来调整平衡,方法是错误的;
可见②的方法杠杆会重新平衡,故选②。
(3)小明改用弹簧测力计做实验,如图所示,使杠杆在水平位置平衡。
当图中测力计竖直向上拉时,得:
解得:;
如图中,测力计斜着拉时,力F的力臂会减小,由于阻力和阻力臂不变,则动力臂减小,动力要增大,所以弹簧测力计的示数大于1N。
【答案】(1)杠杆自重;(2)②;(3)大于。
【解析】(1)由题知,杠杆最右端的力F竖直向上(方向不变),当重物向右移动时,重物对杠杆拉力的力臂L2变大,F的力臂L1不变(等于杠杆的长),阻力G不变,由杠杆平衡条件FL1=GL2可知,力F将变大;
(2)如图:
重物悬挂在杠杆的中点,水平平衡时,动力臂和阻力臂的关系:L1=2L2,
保持力F方向不变,杠杆顺时针方向缓慢转动后,由图根据相似三角形知识可知,动力臂和阻力臂的关系:L1′=2L2′,
物重G不变,动力臂与阻力臂的比值不变,由杠杆平衡条件可知,动力F的大小始终等于G,即力F将不变。
故答案为:变大;不变。
6.(2018·达州)如图所示,光滑带槽的长木条AB(质量不计)可以绕支点O转动,木条的A端用竖直细线连接在地板上,OA=0.6m,OB=0.4m。
在木条的B端通过细线悬挂一个长方体木块C,C的密度为0.8×103kg/m3,B端正下方放一盛满水的溢水杯。
现将木块C缓慢浸入溢水杯中,当木块浸入水中一半时,从溢水口处溢出0.5N 的水,杠杆处于水平平衡状态,然后让质量为300g的小球从B点沿槽向A端匀速运动,经4s的时间系在A端细绳的拉力恰好等于0,下列结果不正确的是(忽略细线的重力,g取10N/kg)()。