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1、一、初中物理杠杆平衡条件的应用问题1 如图所示，有一个轻质硬杆，两端分别为A，D点，一重物悬挂于B点，力F作用在D点使硬杆平衡，为了使力F 最小，支点O 应选择在（）A A 点B B 点C C 点D D 点【答案】A【解析】【详解】由题意可知，支点O 不会在B 点，否则有力F 的存在，轻质硬杆不能平衡；支点O 也不会在 D 点，否则无论力F 大小如何，轻质硬杆也不能平衡；假设支点O 在C 点，那么根据杠杆的平衡原理可知Gl BCFl CD ，变换可得FGl BC ；lCD假设支点 O 在 A 位置时，那么根据杠杆的平衡原理可知Gl ABFl AD ，变换可得F Gl AB ，lAD从图中可以看
2、到，动力F 的力臂 l AD 最长，那么力F 最小；故选A。2 如图所示的轻质杠杆OA 上悬挂着一重物G，O为支点，在A 端用力使杠杆平衡。下列叙述正确的是（）A此杠杆一定是省力杠杆B沿竖直向上方向用力最小C沿杆 OA 方向用力也可以使杠杆平衡D此杠杆可能是省力杠杆，也可能是费力杠杆【答案】 D【解析】【分析】【详解】A因为无法确定动力臂的大小，所以无法确定是哪种杠杆，故A 错误；B沿垂直杠杆向上的方向用力，动力臂最大，动力最小，最省力，故B 错误；C沿OA 方向动力臂是零，杠杆无法平衡，故C 错误。D因为杠杆的动力臂无法确定，所以它可能是省力杠杆，也可能是费力杠杆，故确。故选 D。D 正3
3、如图所示，将重150N的甲物体用细绳挂在轻质杠杆的A 端，杠杆的B 端悬挂乙物体，杠杆在水平位置平衡，已知：乙物体所受重力为30N，AO : OB1:3，甲物体的底面积为 0.2m 2， g 取10N/kg 。下列说法正确的是（）A甲物体对杠杆的拉力为 10NB杠杆对甲物体竖直向上的拉力为60NC甲物体对水平地面的压强为750PaD水平地面对甲物体的支持力为60N【答案】 D【解析】【分析】【详解】对物体甲受力分析，甲受到重力、地面给甲的支持力、杠杆施加的拉力的作用，其中杠杆施加的拉力与甲对杠杆的拉力为一对相互作用力，地面给甲的支持力和甲给地面的压力为一对相互作用力。AB根据杠杆平衡条件可知杠
4、杆A 端受到物体的拉力与OA 的乘积等于乙给B 端的拉力与OB 的乘积相等，则有G乙OB30N3FA90NOA1即甲对杠杆的拉力为90N，杠杆施加的拉力与甲对杠杆的拉力为一对相互作用力，故AB 项错误；CD甲给地面的压力等于地面给甲的支持力为F压F支G甲FA150N90N60N则甲物体对水平地面的压强F压60Np甲S甲0.2m2 300Pa故 C 项错误， D 项正确。故选 D。4 如图所示为等刻度轻质杠杆，A 处挂 4 牛的物体，若使杠杆在水平位置平衡，则在B 处施加的力（）A可能为0.5 牛B一定为2 牛C一定为3 牛D可能是4 牛【答案】 D【解析】【分析】【详解】设杠杆每小格的长度为
5、L，若在所用的力最小，根据杠杆平衡条件B 点用垂直 OB 竖直向下的力使杠杆在水平位置平衡，此时FlF l 可得1 12 2Fmin4LG 2L则有FminG 2L4N24L42N若在 B 点斜拉使杠杆在水平位置平衡，由杠杆平衡条件Fl1 1 F2l 2 可知F1F2l 2l1则此时杠杆左边的阻力与阻力臂的乘积不变，动力臂减小，故动力将增大，故若使杠杆在水平位置平衡，在B 点施加的力F2N故选 D。5 要使图中的杠杆平衡，分别用FA、 FB、 FC 的拉力，这三个力的关系应是A FA FB FCB FA FB FCC FAFC FBD FA=FB=FC【答案】 C【解析】【分析】【详解】分别从
6、支点向三条作用线做垂线，作出三个力的力臂，如图；从图可知，三个方向施力， F B 的力臂 L OB 最长，其次是 L OC 、 L OA ，而阻力和阻力臂不变，由杠杆平衡条件 F1 L1 F2 L2 可知，动力臂越长动力越小，所以三个方向施力大小：F A F C F B 故选 C6 如图所示为一轻质杠杆。机翼模型固定在直杆上，它们总重6N，直杆挂在杠杆上并保持与杠杆垂直。同一弹簧测力计在不同情形下拉杠杆，使杠杆在水平位置平衡。下列说法中正确的是（）A测力计在a 位置时的示数为1.5NB测力计从a 位置转到b 位置后，示数将会变小C测力计在a 位置时示数为Fa，移至 c 位置时示数为Fc，则 F
7、a Fc=41D测力计在c 位置时，对模型水平向右吹风，示数将会变大【答案】 C【解析】【分析】【详解】A我们将杠杆左边受到的拉力定义为阻力，右边受到的拉力定义为动力。因为动力臂为阻力臂的 1 ，根据杠杆平衡条件 Fl1 1 F2l2 我们可以知道，动力应为阻力 6N的 4 倍，即为424N，A 选项错误，不符合题意；B测力计 a 位置时，动力臂等于支点到力的作用点的距离；当测力计在b 位置时，动力臂与支点到力的作用点的距离为直角三角形的一条直角边与斜边的关系，即测力计从a 位置转到 b 位置，动力臂变小了。根据杠杆平衡条件FlF l1 12 2 可以知道，在阻力与阻力臂均不变的情况下，动力臂
8、减小，要使杠杆继续平衡，动力应该增大。B 选项错误，不符合题意；C当测力计从 a 位置转到 c 位置时，动力臂变为原来的4 倍。由杠杆平衡条件Fl1 1 F2l 2可以知道，在阻力与阻力臂均不变的情况下，动力臂变为原来的4 倍，要使杠杆继续平衡，动力应变为原来的1 ，即 Fa Fc=4 1。C 选项正确，符合题意；4D对模型向右吹风，根据流体压强与流速的关系可以知道，模型会受到一个向上的升力，即杠杆左边受到的拉力会减小。根据杠杆平衡条件Fl1 1F2l2 可以知道，在力臂均不变的情况下，阻力减小了，要使杠杆继续平衡，动力也应减小。D 选项错误，不符合题意。故选 C。7 如图所示，用轻质材料制成
9、的吊桥搭在河对岸一个人从桥的左端匀速走到桥的右端，桥面始终是水平的，不计吊桥和绳的重力，人从吊桥左端出发时开始计时则人在吊桥上行走过程中，吊桥右端所受地面支持力F 与人行走时间t 的关系图像是 ( )ABCD【答案】 B【解析】【详解】吊桥相当于一个杠杆，以吊桥的左端为支点，人从吊桥左端出发，匀速走到桥的右端，杠杆受到人的压力（阻力）等于人的重力，动力臂为OA=L，杠杆受到物体的压力（阻力）F=G，阻力臂为OB =vt，因为杠杆平衡，所以满足FOA=FOB=Gvt，即：FL=Gvt，GvtFL由此可知，当t=0 时， F=0当 t 增大时， F 变大， F 与人行走时间t 是正比例关系，故图象
10、B 正确，符合题意为答案8 如图所示，轻质杠杆 MON 及支架是一个固连在一起的整体，且能绕O 点转动，MO : NO 3: 2 ，图中正方体D 通过细线与 N 点相连且与水平地面的接触面积-S 为 8 102m2。当物体 A 的质量为 8kg 时，杠杆在水平位置上平衡，物体D 对水平地面的压强p1 为4000Pa；当把物体 A 换成质量为 30kg 的物体 B，支点移至 O ，使 MO : NO4:3时，杠杆仍在水平位置上平衡，物体D 对水平地面的压强为p2；此时用物体C 替换物体 B，杠杆仍在水平位置上平衡，物体D 对水平地面的压强为0，（杠杆、支架和托盘的重力不计， g 取 I0N/kg
11、 ） 则下列结论正确的是（）A物体 C 的重力为 300NB物体 D 的质量为 32kgC p2 为 500PaD物体 C 对托盘的压力为40N【答案】 C【解析】【分析】【详解】当放物体 A 时，地面对物体的支持力等于物体对地面的压力F1p1S 4000Pa8 10 2 m 2320N此时杠杆受到的拉力F2GDF1根据杠杆平衡条件可知mA g OMGDF1ON解得mA g OMF1ON8kg10N/kg3 ON320N ON2440NGDONON则物体 D 的质量mDGD440N44kgg10N/kg故 B 错误；放物体 C 时， D 对地面的压强为0，此时支持点在O ，根据杠杆的平衡条件可
12、知GC O MGDO N则GCGD O N440N O NO M330N4O N3故 A 错误；物体 C 对托盘的压力等于 C 的重力为 330N，故 D 错误；当放上物体 B 时，根据杠杆的平衡条件可知mB g O M GDF2 O N则GD O N mB g O M440N O N30kg 10N/kg4 O NF2340NO NO N则物体 D 对地面的压强F240Np2S8 10 2 m 2500Pa故 C 正确。故选 C。9 如图所示，轻质杠杆 OA 的 B 点挂着一个重物， A 端用细绳吊在圆环 M 下，此时 OA 恰成水平且 A 点与圆弧形架 PQ 的圆心重合，那么当环 M 从
13、P 点逐渐滑至 Q 点的过程中，绳对 A 端的拉力大小将（ ）A保持不变B逐渐增大C逐渐减小D先变小再变大【答案】 D【解析】【详解】作出当环 M 位于 P 点、圆弧中点、Q 点时拉力的力臂l 1、 l 2、 l3 如下由图可知，动力臂先增大，再减小，阻力与阻力臂不变，则由杠杆平衡公式F 1 1 2 2可l =F l知，拉力先变小后变大，故选D 。10 如图所示甲乙两杠杆处于水平位置平衡，甲图上有两个体积不同的铁球，乙图上有两个体积相向的铝球和铁球，如果把他们都浸没在水中，则杠杆将发生的变化是A仍保持平衡B甲仍保持平衡，乙失去平衡C都失去平衡D甲失去平衡，乙仍保持平衡【答案】 B【解析】【详解
14、】甲杠杆：浸入水中之前，由杠杆平衡条件可得G铁1L1G铁 2 L2即铁 gV1L1铁 gV2L2所以V1L1V2 L2浸入水中后左端力和力臂的乘积为：铁 gV1水 gV1L1铁水 gV1L1浸入水中后右端力和力臂的乘积为：铁 gV2水 gV2L2铁水 gV2L2所以浸入水中后，左右两端力和力臂的乘积相等，故杠杆仍然平衡。乙杠杆：浸入水中之前，由杠杆平衡条件可得G铝 L1G铁 L2即铝 gVL1铁 gVL2 浸入水中后左端力和力臂的乘积为：铝 gV水 gVL1铝 gVL1水 gVL1 浸入水中后右端力和力臂的乘积为：铁 gV水 gVL2铁 gVL2水 gVL2 由于 L1 L2 ，结合可知，左端
15、力和力臂的乘积小于右端力和力臂的乘积，故杠杆失去平衡、右端下沉，故选 B。【点睛】本题考查了学生对阿基米德原理、杠杠平衡条件的掌握和运用，利用好力臂大小关系和受到的浮力大小关系是本题的关键。11 如图所示，直杆OA 的下端挂一重物G 且可绕 O 点转动。现用一个始终与直杆垂直的力 F 将直杆由竖直位置缓慢转动到水平位置，不计杆的重力，则拉力F 大小的变化情况是（ ）A一直变小B一直不变C一直变大【答案】 C【解析】【分析】【详解】由图可知，由于力F 始终与杠杆垂直，则力D先变小后变大F 所对应的力臂始终不变，大小为力F 的作用点到 O 点的距离，设为 l1 ，在逐渐提升的过程中，重力大小不变，
16、方向竖直向下，则对应力臂逐渐变大，设为 l2，由于缓慢转动，视为受力平衡，则由杠杆平衡公式可得Fl1 =Gl2由于等式右端重力G 不变， l 2 逐渐变大，则乘积逐渐变大，等式左端l1 不变，则可得F 逐渐变大，故选C。12C 点为硬棒 AD 的重心，硬棒可绕A 点转动。在棒的11的方向沿 OOB 点施加力 F ， F线，棒在图所示位置处于静止状态。则1BF1=s1GA F Gs2C重力的力臂等于SD F方向沿 OO线向下11【答案】 A【解析】【分析】【详解】AB由图像可得，件“动力动力臂A 点到 F1 的距离为=阻力阻力臂”可知s2，若令A 点到重力的距离为s3，根据杠杆的平衡条F1 s2
17、G s3可以推出F1s3 Gs2由于s3s2可得F1G故 A 选项正确，符合题意，B 选项错误，不符合题意；C重力的力臂为支点 A 到重力的距离，重力竖直向下，因此力臂为水平方向，故C 选项错误，不符合题意；1的方向应该向上，故D 选项错误，不D F 与 G 在支点同侧，重力方向竖直向下，所以F符合题意。13 如图所示，轻质均匀杠杆分别挂有重物GA和GB（GAGB,） 杠杆水平位置平衡，当两端各再加重力相同的物体后，杠杆A仍能保持平衡B不能平衡，左端下沉C不能平衡，右端下沉D不能确定哪端下沉【答案】 C【解析】【详解】杠杆原来在水平位置处于平衡状态,此时作用在杠杆上的力分别为GA 和 GB,其
18、对应的力臂分别为 lA 和 lB，如图所示：根据杠杆平衡条件可得：GAlA=GBl B；已知 GA BA B，当两端各再加重力相同的物体后，设增加的物重为G，此时左边力G所以 l l和力臂的乘积：(GA+G)?l A=GAlA+GlA右边力和力臂的乘积：(GB+G)?l B=GBlB+GlB由于 lAlB，所以 GlAGlB；所以：GAlA+GlAGBl B+GlB即右边力和力臂的乘积较大，所以杠杆不能平衡，向右端下沉。故选C。14 如图所示，杠杆始终处于水平平衡状态，改变弹簧测力计拉力F 的方向，使其从，此过程中（）A位置力臂最长B位置力臂最长C弹簧测力计示数先变大后变小D弹簧测力计示数先变
19、小后变大【答案】 D【解析】【分析】【详解】AB力臂是支点到力的作用点的线段，由图可知当弹簧测力计在位置时力臂最大，故AB不符合题意；CD从 时动力臂先变大后变小，由图可知阻力等于钩码重力不变，在水平位置平衡所以阻力臂也不变，根据杠杆平衡的条件可知，弹簧测力计给杠杆的拉力先变小后变大，故 C 不符合题意， D 符合题意。故选 D。15 一轻质不等臂杠杆AOB 的左右两端分别吊着一实心铝块和铜块，此时杠杆在水平位置平衡。现将铝块、铜块同时浸没在水中，如图所示。已知：水 1.0103 kg/m3 ，铝 2.7 103 kg/m 3 ， 铜 8.9 103 kg/m 3 ，则下列判断正确的是（）A
20、A 端下降BB 端下降C仍然平衡【答案】 B【解析】【分析】【详解】D无法判断在轻质不等臂杠杆 AOB 两端吊上实心铝块和铜块时，杠杆在水平位置平衡，由图知OBOA，据杠杆的平衡条件得G 铝 ?OA=G 铜 ?OB即铝 V 铝 g?OA=铜 V 铜 g?OB而 铝V 铜 g将铝块和铜块同时浸没在水中后，杠杆左、右两边有(G 铝 -F 浮 )?OA， (G 铜 -F 浮 )?OB即(铝 V 铝 g-水 V 铝 g)?OA， (铜 V 铜 g-铜 V 铜 g)?OB那么铝 V 铝 g?OA -水 V 铝 g?OAh则总功WFsFh故 A 项错误；B物体重力做的功为有用功是W有Gh而拉力做的功大于F
21、h，故 B 项错误；C悬挂点从 A 点移至 B 点，阻力臂增大，根据公式FlF l2，阻力不变，阻力臂增大，1 12动力臂不变则动力增大即拉力F 变大，故C 项错误；D把悬挂点从A 点移至 B 点，把同一物体匀速缓慢提升相同的高度，理想状态下，没有额外功，所以拉力所做的总功与原来相同，故D 项正确。故选 D。18 如图所示，用不同的机械匀速提升同一物体时，最省力的是（不计机械自重和摩擦）（）ABCD【答案】 D【解析】【分析】【详解】如图所示，物体重力为G，不计机械自重和摩擦，则各图的力F 大小分别如下：A图中为动滑轮，动力作用在动滑轮的轴上，费一倍的力，则F1=2G；B图中为斜面，在直角三角
22、形中， 30角所对的直角边 h 为斜边 s 的一半，不计机械自重和摩擦，总功与有用功相等，则F2s=Gh所以F2h G1 Gs2C图中为动滑轮，动力作用在动滑轮的轮上，则F31 G2D图中为杠杆， O 为支点，动力臂为3l，阻力臂为 l，由杠杆平衡条件可得F43l=Gl即F41G3由此可得，最省力的为F4。故选 D。19 有一根一端粗一端细的木棒，用绳子拴住木棒的O 点，将它悬挂起来，恰好在水平位置平衡，如图所示，若把木棒从绳子悬挂处锯开，则被锯开的木棒（）A粗细两端质量一样B粗端质量较大C细端质量较大D无法判定【答案】B【解析】【详解】如图 1，设 O 点到粗端的距离为 L，在O 点左侧对称
23、地割取长也为 L的一段（图 1）。现再次利用对称割法，在O 点右侧割取与O 点左侧所割等大的一部分（图2 虚线部分），将两次所割取的部分（各自重力显然是相等的）取走，则原木棒只剩下图2 所示部分。设左端剩下的重力为G 左 ，力臂为l 左，右端剩下的重力为G 右 ，力臂为 l 右 ，由杠杆平衡条件有：G 左 l 左G 右 l 右 ，很明显 l 左l 右 ，故有 G 左G 右， 再加上被取走的部分，仍有左端的重力小于右端重力，即粗端重力大，质量大。故选 B 。20 如图所示，小明用一可绕 O 点转动的轻质杠杆，将挂在杠杆下的重物提高。他用一个始终与杠杆垂直的力 F 使杠杆由竖直位置缓慢转到水平位置
24、，在这个过程中，此杠杆（）A一直是省力的B先是省力的，后是费力的C一直是费力的【答案】 BD先是费力的，后是省力的【解析】【分析】【详解】由题图可知动力 F 的力臂 l1 始终保持不变，物体的重力G 始终大小不变，在杠杆从竖直位置向水平位置转动的过程中，重力的力臂l 2 逐渐增大，在 l 2 l1 之前杠杆是省力杠杆，在 l2l 1 之后，杠杆变为费力杠杆，故选B。二、初中物理功和机械能问题21 如图所示是学校田径运动会时跳远运动的几个阶段，则运动员（）A助跑阶段机械能不变B起跳时机械能为零C经过最高点时动能最大D经过最高点时重力势能最大【答案】 D【解析】【分析】影响动能大小的因素：质量、速
25、度；质量越大，速度越大，动能越大；影响重力势能大小的因素：质量、被举的高度；质量越大，高度越大，重力势能就越大；机械能等于动能和势能之和。【详解】A助跑阶段，运动员的质量不变，速度逐渐增大，因此动能增大；运动员的高度不变，则重力势能不变，机械能等于动能和势能的和，动能增大，重力势能不变，所以机械能增大，故 A 错误；B起跳时，运动员的速度达到最大值，动能达到最大值，重力势能不变，机械能达到最大值，故 B 错误；C上升过程中，动能转化为重力势能，所以经过最高点时，动能减小，重力势能最大，故C 错误；D最高点时，高度达到最大值，因此重力势能也达到最大值，故D 正确。故选 D。【点睛】影响动能大小的
26、因素有质量和速度，分析动能的变化就是分析质量和速度的变化；影响重力势能的因素是质量和高度，分析重力势能的变化就是分析质量和高度的变化。解题时注意抓住表示物体运动状态变化的关键字词，从中找出表示“质量、速度、高度、弹性形变”变化的字眼，从而分析机械能的变化情况。22 在 2020 年央视春晚杂技“绽放”的表演中，当其中一名杂技演员被抛出后，其仍可在空中继续向上运动，如图所示，则下列说法中正确的是（）A被抛出的杂技演员在向上运动的过程中，仍受到惯性的作用B被抛出的杂技演员在向上减速运动的过程中，其惯性不断减小C被抛出的杂技演员在向上减速运动的过程中，其机械能不断减小D被抛出的杂技演员在向上运动的过
27、程中，其受到向上的抛力大于其重力【答案】 C【解析】【分析】【详解】A惯性是物体固有的属性，它不是力，所以把惯性说成“受惯性作用”是错误的，被抛出的杂技演员能够向上运动，是因为物体具有惯性。故A 错误；B惯性是物体固有的属性，惯性的大小只与物体的质量有关，与物体的运动状态、所处位置、形状、受力情况等无关。被抛出的杂技演员在向上减速运动的过程中，因为质量不变，所以惯性大小不变。故B 错误；C被抛出的杂技演员在向上减速运动的过程中，杂技演员除了受重力外，还受到空气阻力，质量一定，高度增加，重力势能增加，速度减小，动能减小，此过程中，演员减小的动能转化为演员的重力势能和用于演员克服空气摩擦阻力做功，
28、所以，此过程机械能不守恒，机械能总量减小，故 C 正确；D被抛出的杂技演员在向上运动的过程中，演员只受到重力和空气阻力，这两个力都是阻碍演员向上运动的，演员不受向上的抛力，演员是由于惯性向上运动的，惯性不是力，所以演员所受合力方向向下，所受合力方向与运动速度方向相反，演员向上做减速运动。故 D 错误。故选 C。23 举重比赛要求运动员将杠铃举过头顶后，在空中至少静止3 秒钟，在这3 秒钟内（）A杠铃受到的重力和人对它的支持力是平衡力B运动员所受的重力和地面对他的支持力是平衡力C运动员在用力向上支持杠铃，因此他对杠铃做了功D杠铃对运动员的压力和人对它的支持力是平衡力【答案】A【解析】【分析】本题要抓住做功的两个必要因素：作用在物体上的力；物体在力的方向上通过的距离；二者缺一不可；从平衡力和相互作用力的条件判断两个力是平衡力，还是相互作用力；平衡力的条件：大小相等、方向相反、作用在