中考物理實(shí)驗(yàn)18 （考點(diǎn)精練）探究杠桿平衡的條件（解析版）

實(shí)驗(yàn)18探究杠桿平衡的條件一．選擇題（共8小題）1．下列有關(guān)“探究杠桿的平衡條件”的表述中，錯(cuò)誤的是（）A．杠桿靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，我們就說此時(shí)杠桿處于平衡狀態(tài) B．安裝好杠桿，調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使之在水平位置平衡 C．如圖保持測(cè)力計(jì)懸掛的位置不變，若斜向下拉，測(cè)力計(jì)示數(shù)會(huì)變大 D．測(cè)量過程中，若測(cè)力計(jì)指針不在刻度線上，為方便讀數(shù)可適當(dāng)調(diào)節(jié)平衡螺母【解答】解：A、杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，杠桿就處于平衡狀態(tài)，故A正確；B、在“研究杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了便于測(cè)量力臂，要先調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡，故B正確；C、彈簧測(cè)力計(jì)改為斜向下拉后，其力臂小于作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離，力臂變小，拉力就會(huì)大，因此彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)將變大，故C正確；D、“探究杠桿的平衡條件”的實(shí)驗(yàn)過程中不能調(diào)節(jié)平衡螺母，故D錯(cuò)誤。故選：D。2．如圖所示為探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)裝置，若每個(gè)鉤碼的質(zhì)量為50g，為了讓杠桿在水平位置平衡，下列判斷正確的是（）（g取10N/kg）A．在A點(diǎn)掛4個(gè)鉤碼能使杠桿平衡 B．在B點(diǎn)用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向下拉，當(dāng)示數(shù)為0.5N時(shí)，能使杠桿平衡 C．用彈簧測(cè)力計(jì)在B點(diǎn)拉，無論如何改變用力方向都要省力 D．用彈簧測(cè)力計(jì)在A點(diǎn)拉，無論如何改變用力方向都要費(fèi)力【解答】解：每個(gè)鉤碼重力為F＝0.05kg×10N/kg＝0.5N，設(shè)每個(gè)小格長度為L，則支點(diǎn)左側(cè)力與力臂的乘積為：1N×3L＝3N×L；A、在A點(diǎn)掛4個(gè)鉤碼時(shí)，杠桿右側(cè)力與力臂的積為：2N×2L＝4N×L＞3N×L，杠桿不能平衡，故A錯(cuò)誤；B、在B點(diǎn)用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向下拉，當(dāng)示數(shù)為0.5N時(shí)，杠桿右側(cè)力與力臂的積為：0.5N×5L＝2.5N×L＜3N×L，杠桿不能平衡，故B錯(cuò)誤；C、用彈簧測(cè)力計(jì)在B點(diǎn)用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向下拉，根據(jù)杠桿平衡條件知，1N×3L＝F×5L，最小拉力為0.6N；當(dāng)力的方向改變時(shí)，力臂減小，使力臂小于3L時(shí)，拉力要大于1N，杠桿費(fèi)力，用彈簧測(cè)力計(jì)在B點(diǎn)拉，當(dāng)力臂為3L時(shí)，拉力為1N．根據(jù)杠桿平衡條件知，當(dāng)改變用力方向，使力臂小于3L時(shí)，拉力要大于1N，杠桿才能平衡，要費(fèi)力，故C錯(cuò)誤；D、用彈簧測(cè)力計(jì)在A點(diǎn)用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向下拉，根據(jù)杠桿平衡條件知，1N×3L＝F×2L，最小拉力為1.5N；當(dāng)力的方向改變時(shí)，力臂減小，無論如何改變用力方向力都要大于1.5N，都要費(fèi)力，故D正確。故選：D。3．張洋同學(xué)在探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)中，在杠桿沒有處于水平平衡時(shí)，就在杠桿上掛鉤碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，小旭認(rèn)為這樣操作會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生以下影響，你認(rèn)為正確的是：（）①杠桿自身重力可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響②可能不便于測(cè)量力臂或出現(xiàn)力臂測(cè)量錯(cuò)誤③無法得出杠桿平衡條件A．①② B．①③ C．②③ D．①②③【解答】解：①杠桿沒有調(diào)平就掛上鉤碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，杠桿的重心不在支點(diǎn)上，杠桿的自重對(duì)杠桿平衡產(chǎn)生影響，故①正確；②③杠桿不在水平位置平衡，力臂不在杠桿上，不便于測(cè)量力臂，不便于得出杠桿的平衡條件，但在測(cè)量方法正確時(shí)可以得出杠桿的平衡條件。故②正確、③錯(cuò)誤。故選：A。4．在探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)中，下列說法中正確的是（）A．杠桿的橫梁不在水平位置靜止時(shí)，它不處于平衡狀態(tài) B．杠桿的橫梁若能繞水平軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它是處于平衡狀態(tài) C．杠桿的橫梁在水平位置平衡時(shí)，動(dòng)力和阻力的方向必須是豎直向下的 D．杠桿的橫梁不在水平位置平衡時(shí)就進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，探究不出杠桿的平衡條件【解答】解：AB、桿平衡是指杠桿處于靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，與杠桿與處的位置無關(guān)，故A不正確、B正確；C、杠桿在水平位置平衡，如果動(dòng)力與阻力的方向豎直向下時(shí)，則動(dòng)力臂與阻力臂均在杠桿上，便于實(shí)驗(yàn)的測(cè)量，但力臂并非一定要在杠桿上，即動(dòng)力與阻力不一定必須是豎直向下的；故C不正確；D、探究杠桿平衡條件時(shí)，使杠桿在水平位置平衡，可以減小杠桿自重對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，如果不在水平位置平衡，測(cè)量時(shí)會(huì)更加不方便，但并不是探究不出杠桿的平衡條件，故D不正確。故選：B。5．在探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)中，多次改變力和力臂的大小主要是為了（）A．使讀取數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確 B．不斷磨合，減小摩擦 C．獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納出物理規(guī)律 D．多次測(cè)量取平均值，減小誤差【解答】解：探究杠桿平衡的條件時(shí)，多次改變力和力臂的大小主要是為了獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納出物理規(guī)律，故C正確。故選：C。6．如圖，在“探究杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中，已知杠桿上每個(gè)小格長度為2cm，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)在A點(diǎn)斜向上拉杠桿（已知30°角所對(duì)的邊等于斜邊的一半）。使杠桿在水平位置平衡時(shí)，下列說法正確的是（）A．動(dòng)力臂為0.08m B．鉤碼總重為2N C．動(dòng)力乘以動(dòng)力臂即為彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)杠桿做功的多少 D．在實(shí)驗(yàn)中，改變力和力臂的大小得到多組數(shù)據(jù)的目的是多次測(cè)量取平均值減小誤差【解答】解：A、如圖所示，動(dòng)力臂為L1，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)在A點(diǎn)斜向上拉（與水平方向成30°角）杠桿，所以動(dòng)力臂L1＝OA＝×4×2cm＝4cm＝0.04m，故A錯(cuò)誤；B、由圖知，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為3N，根據(jù)杠桿的平衡條件F1L1＝GL2可得，G＝＝＝2N，故B正確；C、動(dòng)力乘以動(dòng)力臂為力矩；功是力與在力的方向上通過距離的乘積，故C錯(cuò)誤；D、多次改變力和力臂的大小，得到了多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出了杠桿平衡條件。該實(shí)驗(yàn)測(cè)多組數(shù)據(jù)的目的是為了得出的結(jié)論更具有普遍性，故D錯(cuò)誤。故選：B。7．如圖所示，用刻度均勻的勻質(zhì)杠桿進(jìn)行“杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)（每個(gè)鉤碼重相等），下列說法正確的是（）A．實(shí)驗(yàn)前出現(xiàn)圖中所示情況，應(yīng)將杠桿的平衡螺母向左調(diào) B．在AB處各減少一個(gè)鉤碼，杠桿仍然能保持平衡 C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，在C處掛5個(gè)鉤碼，再向左移動(dòng)平衡螺母調(diào)節(jié)杠桿平衡 D．彈簧測(cè)力計(jì)由豎直方向逐漸向右轉(zhuǎn)動(dòng)，杠桿始終保持水平平衡，則彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)將逐漸變大【解答】解：A、由圖可知，杠桿的右端上翹，要使杠桿在水平位置平衡，平衡螺母應(yīng)向右端移動(dòng)，故A錯(cuò)誤；B、設(shè)一個(gè)鉤碼重為G，一格的長度為L，原來：3G×2L＝2G×3L，杠桿平衡；在杠桿兩側(cè)掛鉤碼處各減少一個(gè)質(zhì)量相等的鉤碼，現(xiàn)在：2G×2L＞G×3L，所以杠桿不再平衡，杠桿的左端下沉，故B錯(cuò)誤；C、掛上鉤碼后，實(shí)驗(yàn)過程中不能再調(diào)節(jié)平衡螺母，故C錯(cuò)誤；D、圖中彈簧測(cè)力計(jì)從豎直位置轉(zhuǎn)到傾斜位置，此時(shí)拉力F的力臂變短，根據(jù)杠桿的平衡條件可知，拉力變大，即測(cè)力計(jì)的示數(shù)變大，故D正確；故選：D。8．如圖所示是小明探究“杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)裝置，下列說法不正確的是（）A．為了方便對(duì)力臂的測(cè)量，該同學(xué)先調(diào)節(jié)平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡 B．在杠桿上的A點(diǎn)掛四個(gè)重均為0.5N的鉤碼，用調(diào)好的彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上拉杠桿上的B點(diǎn)，使杠桿水平平衡，測(cè)力計(jì)的示數(shù)是1N C．若將其中的一個(gè)鉤碼浸沒水中，平衡時(shí)B點(diǎn)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)減小 D．如果將測(cè)力計(jì)沿圖中虛線方向拉，仍使杠桿在水平位置平衡，則測(cè)力計(jì)的示數(shù)將變小【解答】解：A、杠桿在水平位置平衡，可從杠桿所標(biāo)刻度直接讀出各力的力臂，A正確。B、根據(jù)杠桿的平衡條件：F1l1＝F2l2，即：F1×8L＝2N×4L，解得：F1＝1N，B正確；C、根據(jù)杠桿的平衡條件，F(xiàn)1L1＝F2L2，將其中的一個(gè)鉤碼浸沒水中，鉤碼受到浮力的作用，對(duì)杠桿的力減小，動(dòng)力臂和阻力臂不變，所以測(cè)力計(jì)的示數(shù)將變小，C正確；D、彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上拉杠桿時(shí)，動(dòng)力臂是OB，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)傾斜拉杠桿時(shí)，動(dòng)力臂是OD，動(dòng)力臂減小，阻力和阻力臂不變，動(dòng)力會(huì)變大，D錯(cuò)誤。故選：D。二．填空題（共2小題）9．小明在探究“杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中：如圖乙所示，用彈簧測(cè)力計(jì)在C處豎直向上拉，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)逐漸向右傾斜時(shí)，使杠桿仍然在水平位置平衡，則彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)將變大（變大/變小/不變）。當(dāng)杠桿由圖乙的位置變成圖丙的位置時(shí)，彈簧秤的示數(shù)將不變。（填“變大”、“變小”或“不變”），設(shè)杠桿質(zhì)地均勻，支點(diǎn)恰好在杠桿的中心，并且不計(jì)支點(diǎn)處摩擦）【解答】解：如圖乙所示，用彈簧測(cè)力計(jì)在C處豎直向上拉，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)逐漸向右傾斜時(shí)，動(dòng)力臂變小，要使杠桿仍然在水平位置平衡，根據(jù)杠桿的平衡條件，因阻力和阻力臂大小不變，則彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)將變大，其原因是動(dòng)力臂變小了；當(dāng)杠桿在水平位置平衡時(shí)，由杠桿的平衡條件可得：＝；當(dāng)杠桿傾斜平衡時(shí)，由杠桿的平衡條件：＝；因?yàn)椤鱋AE∽△OCD，所以：＝；故F乙＝F丙；故答案為：變大；不變。10．在探究杠桿的平衡條件時(shí)，小明進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并收集到了表中的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)次數(shù)動(dòng)力F1/N動(dòng)力臂L1/m阻力F2/N阻力臂L2/m10.50.21.00.121.00.151.50.133.00.12.00.15（1）分析數(shù)據(jù)可知，杠桿的平衡條件是：F1l1＝F2l2；（2）如圖甲所示，小明實(shí)驗(yàn)時(shí)在一平衡杠桿的兩端放上不同數(shù)量的相同硬幣，杠桿仍在水平位置平衡，她用刻度尺測(cè)出L1和L2，則2L1＞3L2（選填“＞”、“＜”或“＝”）；（3）探究了杠桿的平衡條件后，小明對(duì)天平上游碼的質(zhì)量進(jìn)行了計(jì)算，她用刻度尺測(cè)出L1和L2（如圖乙所示），則游碼的質(zhì)量為g?！窘獯稹拷猓海?）由表格中數(shù)據(jù)，①0.5N×0.2m＝1.0N×0.1m＝0.1N?m；②1.0N×0.15m＝1.5N×0.1m＝0.15N?m；③3.0N×0.1m＝2.0N×0.15m＝0.3N?m；可知杠桿的平衡條件為：F1l1＝F2l2；（2）根據(jù)杠桿的平衡條件，F(xiàn)1l1＝F2l2，設(shè)每個(gè)硬幣的重量為G，則由圖可得，2G（r+L1）＝3G（r+L2），2Gr+2GL1＝3Gr+3GL2，2GL1＝Gr+3GL2，所以2GL1＞3GL2，即2L1＞3L2，（3）以天平的刀口為杠桿的支點(diǎn)，天平的左盤和右盤的質(zhì)量分別為m左和m右，游碼的質(zhì)量為m，當(dāng)游碼位于零刻度線時(shí)，由杠桿的平衡條件得m左g×L1+mg×L2＝m右g×L1①；當(dāng)游碼位于最大值5克時(shí)，由杠桿的平衡條件得（m左+5）g×L1＝mg×L2+m右g×L1②；由（2）﹣（1）得，5×L1＝mL2，解得m＝。故答案為：（1）F1l1＝F2l2；（2）＞；（3）。三．實(shí)驗(yàn)探究題（共3小題）11．小明利用如圖所示的裝置探究杠桿平衡條件。（1）圖甲中，杠桿靜止時(shí)處于平衡（選填“平衡”或“不平衡”）狀態(tài)。為使杠桿在水平位置平衡，小明應(yīng)將杠桿兩端的平衡螺母向右（選填“左”或“右”）移。在杠桿兩側(cè)掛上不同數(shù)量相同規(guī)格的鉤碼，調(diào)節(jié)鉤碼位置，使杠桿重新在水平位置平衡，這樣做的目的是便于直接在杠桿上測(cè)量力臂。（2）如圖乙所示，在杠桿左側(cè)A位置（左邊位置第四格）先掛了3個(gè)鉤碼，每個(gè)鉤碼為0.5N，在右側(cè)B位置（右邊位置第三格）用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向下拉杠桿，使其在水平位置平衡，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為2N。（3）如圖丙所示，小明在A位置掛一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，在B位置掛了2個(gè)鉤碼現(xiàn)將彈簧測(cè)力計(jì)從C位置移到D位置，在此過程中杠桿始終在水平位置保持平衡，則彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變小，原因是測(cè)力計(jì)的拉力力臂變大（均選填“變大”、“變小”或“不變”）。（4）小明用如圖丁裝置進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)總是無法得到教材上所給出的杠桿平衡條件，其原因是杠桿的自重對(duì)杠桿平衡有影響。（5）小明多次實(shí)驗(yàn)收集多組數(shù)據(jù)，目的是b（選填“a”或“b”）。a.多次實(shí)驗(yàn)取平均值減小實(shí)驗(yàn)誤差b.使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更具有科學(xué)性和普遍性【解答】解：（1）杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)是平衡狀態(tài)；為排除杠桿自重對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，實(shí)驗(yàn)前把杠桿中心支在支架上，杠桿靜止在圖甲所示位置，杠桿右端偏高，應(yīng)將杠桿右端的螺母向右端移動(dòng)，使杠桿在水平位置平衡；在杠桿兩側(cè)掛上不同數(shù)量相同規(guī)格的鉤碼，調(diào)節(jié)鉤碼位置，使杠桿重新在水平位置平衡，這樣做的目的是為了直接從杠桿上測(cè)量力臂；（2）一個(gè)鉤碼的重力為G，設(shè)杠桿的一個(gè)小格為L，由杠桿的平衡條件F1L1＝F2L2知，3G×4L＝F×3L解得：F＝4G＝4×0.5N＝2N；（3）圖丙中，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)繞A點(diǎn)從C位置轉(zhuǎn)動(dòng)到D位置的過程中，要保持杠桿仍在水平位置平衡，則拉力F將變小，這是因?yàn)?，?dāng)拉力由傾斜變成豎直時(shí)，阻力阻力臂不變，拉力F力臂變大，相應(yīng)的力會(huì)變小，這樣才能繼續(xù)平衡；（4）利用如圖丁所示裝置進(jìn)行探究，杠桿的重心沒有通過支點(diǎn)，杠桿的自重對(duì)杠桿平衡有影響；（5）探究杠桿平衡的條件時(shí)，多次改變力和力臂的大小主要是為了獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納出物理規(guī)律，使結(jié)論具有普遍性，故選b；故答案為：（1）平衡；右；測(cè)量力臂；（2）2；（3）變小；變大；（4）杠桿的自重對(duì)杠桿平衡有影響；（5）b。12．在“探究杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中（1）在杠桿的A點(diǎn)掛上一個(gè)重物，在B點(diǎn)用彈簧測(cè)力計(jì)施加豎直向下的力F1使杠桿平衡．請(qǐng)?jiān)谌鐖D甲中畫出重物對(duì)掛鉤的拉力F．（2）在杠桿后面安裝一個(gè)以O(shè)為圓心的圓盤，如圖甲．再把彈簧測(cè)力計(jì)從B點(diǎn)移到C點(diǎn)，此時(shí)拉力F2沿圖乙中的CD線（CD線與圓盤相切于D點(diǎn)）．①請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫出拉力F2，并畫出F2的力臂L2；②判斷：F1＝F2．（選填“＞”、“＜”或“＝”）（3）用圖丙中的輕質(zhì)杠桿HIJK提起G＝300N的重物，I點(diǎn)為支點(diǎn)，已知HI＝6m，IJ＝3m，JK＝4m，請(qǐng)?jiān)趫D丙中畫出使杠桿平衡的最小力F3，并標(biāo)出其大?。窘獯稹拷猓海?）重物對(duì)掛鉤拉力的作用點(diǎn)在掛鉤上，方向豎直向下，如下圖所示：（2）①過拉力F2的作用點(diǎn)C，沿圖乙中的CD線向右下方畫一條有向線段，即為其拉力F2的示意圖，連接OD，OD即為其力臂L2，如圖所示：②把彈簧測(cè)力計(jì)從B點(diǎn)移到C點(diǎn)，阻力和阻力臂不變，動(dòng)力臂OD＝OB，由F1L1＝F2L2可知，拉力不變，所以F1＝F2；（3）在直角三角形IJK中，IJ＝3cm，JK＝4cm，由勾股定理知，IK＝5cm，即IK＜HI，所以，動(dòng)力臂最大時(shí)，需要把動(dòng)力作用點(diǎn)施加在H點(diǎn)，此時(shí)動(dòng)力臂為IH，阻力臂也是IH，則F＝G＝300N，如下圖所示：故答案為：（1）；（2）①；②＝；（3）。13．小明用如圖所示的裝置做“探究杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)。（1）實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，杠桿的位置如圖甲所示，接著小明將杠桿的左端的平衡螺母向右移動(dòng)，他的操作是否正確？正確（選填“正確”或“不正確”）。（2）然后小明在杠桿A處掛2個(gè)鉤碼，在B處掛3個(gè)鉤碼，杠桿恰好在水平位置平衡，于是小明便得出了杠桿的平衡條件。他這樣得出的結(jié)論是否科學(xué)不科學(xué)？原因是只由一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的結(jié)論不具有普遍性。（3）為了準(zhǔn)確得到杠桿平衡條件，小明在杠桿左側(cè)掛上鉤碼，在杠桿右側(cè)用彈簧測(cè)力計(jì)拉，如圖丙所示，他這樣做的最終目的是C。A.便于直接讀出拉力的大小B.便于提供不同方向的拉力C.便于正確認(rèn)識(shí)力臂D.便于測(cè)量力臂的大?。?）當(dāng)杠桿平衡時(shí)，在阻力和阻力臂保持不變的條件下，在刻度線“A”處掛2個(gè)鉤碼，在刻度線“C”處用調(diào)好的彈簧測(cè)力計(jì)豎直向下拉杠桿，杠桿在水平位置平衡時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F1，將彈簧測(cè)力計(jì)斜向右拉，杠桿在水平位置平衡時(shí)，其示數(shù)為F2，則F2大于F1（選填“大于”、“等于”或“小于”）。（5）如圖丁所示，AOB為一輕質(zhì)杠桿，O為支點(diǎn)，AO＝O