2024浙江中考物理二輪重點專題研究 第8講 第1節(jié) 杠桿 杠桿動態(tài)分析（課件）

這是一份2024浙江中考物理二輪重點專題研究 第8講 第1節(jié) 杠桿 杠桿動態(tài)分析（課件），共47頁。PPT課件主要包含了考點清單，重難點突破，水平平衡，～90，仍然平衡，簡單機械，動力F1，阻力F2，勻速轉(zhuǎn)動，F(xiàn)1l1＝F2l2等內(nèi)容，歡迎下載使用。
實驗 研究杠桿平衡條件
1. (2021金華10題3分)生活中處處有科學(xué)。下列日常工具，在使用時屬于費力杠桿的是(　　)
2. (2021紹興20題6分)我國古代記錄傳統(tǒng)手工技術(shù)的著作《天工開物》里記載了一種搗谷用的舂，“橫木穿插硾頭，硾嘴為鐵，足踏其末而舂之”，如圖甲所示。若硾頭質(zhì)量為20千克，不計橫木的重力和摩擦。
(1)圖乙為腳用力向下踩舂時在某一位置的示意圖，O點為支點，F(xiàn)2為阻力，請在圖中作出阻力臂，此時舂屬于______(選填“力”“等臂”或“費力”)杠桿。
(2)若每次硾頭上升的高度為0.6米，1分鐘撞擊臼中的谷粒20次，則人克服硾頭重力做功的功率為____瓦。
3. (2021溫州12題4分)停放自行車時，若要從如圖四點中選擇一點施加豎直向上的力，將后輪略微提起。其中最省力的點是(　　)
A．A點 B．B點 C．C點 D．D點
4. (2023溫州6題4分)晾曬三條相同的濕毛巾，下列做法最有可能讓衣架保持水平的是(　　)
5. (2022溫州15題4分)如圖為吸盤式掛桿，將吸盤壓在瓷磚上排盡其中的空氣，掛桿就能被固定在瓷磚上。掛有平底鍋的掛鉤沿光滑水平橫桿從P點開始向吸盤B移動，若吸盤與橫桿的重力、吸盤大小均忽略不計，設(shè)掛鉤與吸盤A的距離為l，則吸盤B受到的摩擦力F的大小與l的關(guān)系圖像為(　　)
6. (2020紹興21題4分)小敏將質(zhì)量為20克，體積為25厘米3的塑料塊放入水平平衡的容器內(nèi)(圖甲)，放手后容器右端下降。撤去塑料塊，往容器內(nèi)緩慢倒入一定量的水，使容器再次水平平衡(圖乙)，將該塑料塊輕輕放入圖丙所示位置，放手后容器最終將__________(選填“左低右高”“左高右低”或“水平平衡”)。此時，塑料塊所受浮力為______牛。(g取10 N/kg)
7. (2023杭州26題6分)小金將長為0.6米、質(zhì)量可忽略不計的木棒擱在肩上，棒的后端A掛一個40牛的物體，肩上支點O離后端A為0.2米，他用手壓住前端B使木棒保持水平平衡，如圖所示，小金的質(zhì)量為50千克，則此時手壓木棒的力大小為______牛，肩對木棒的支持力大小為____牛，人對地面的壓力大小為______牛.(g＝10牛/千克)
8. (2022杭州26題6分)如圖所示，將長為1.2米的輕質(zhì)木棒平放在水平方形臺面上，左右兩端點分別為A、B，它們距臺面邊緣處的距離均為0.3米。在A端掛一個重為30牛的物體，在B端掛一個重為G的物體。(1)若G＝30牛，臺面受到木棒的壓力為_____牛。(2)若要使木棒右端下沉，B端掛的物體至少要大于____牛。(3)若B端掛物體后，木棒仍在水平臺面上靜止，則G的取值范圍為________牛。
9. (2023杭州33題6分)如圖甲，有一輕質(zhì)桿，左右各掛由同種金屬制成、質(zhì)量分別為m1和m2(m1>m2)的實心物塊后恰好水平平衡。(1)求左右懸掛點到支點O的距離L1與L2之比。
解：(1)當杠桿平衡時，有F1×L1＝F2×L2則m1g×L1＝m2g×L2變形得到L1∶L2＝m2∶m1
(2)將兩物分別浸沒于水中(如圖乙)，桿將會__________(選填“左端下降”“右端下降”或“仍然平衡”)，試通過推導(dǎo)說明。
10. (2023杭州34題6分)如圖所示，一根質(zhì)量分布均勻的木棒，質(zhì)量為m，長度為L，豎直懸掛在轉(zhuǎn)軸O處。在木棒最下端用一方向始終水平向右的拉力F緩慢將木棒拉動到與豎直方向夾角為θ的位置(轉(zhuǎn)軸處摩擦不計)。問：(1)畫出θ＝60°時拉力F的力臂l，并計算力臂的大??；(2)木棒的重力作用點在其長度的二分之一處，隨拉開角度θ的增加，拉力F將如何變化？并推導(dǎo)拉力F與角度θ的關(guān)系式。
解：(1)l＝L×cs60°＝0.5L(2)F隨拉開角度θ的增加將變大根據(jù)杠桿平衡條件可得mg×0.5×L×sinθ＝F×csθ×L F＝0.5mg tanθ
解：(1)根據(jù)杠桿平衡條件F1l1＝F2l2，得m1gl1＝m2gl2，即m1l1＝m2l2，代入數(shù)據(jù)得，2 kg×5 cm＝m2×10 cm解得m2＝1 kg，故秤砣的質(zhì)量為1 kg
11. (2020杭州34題6分)桿秤是一種用來測量物體質(zhì)量的工具。小金嘗試做了如圖所示的桿秤，在秤盤上不放重物時，將秤砣移至O點提紐處，桿秤恰好水平平衡，于是小金將此處標為0刻度。當秤盤上放一個質(zhì)量為2 kg的物體時，秤砣移到B處，恰好能使桿秤水平平衡，測得OA＝5 cm，OB＝10 cm。(1)計算秤砣的質(zhì)量。
(2)小金在B處標的刻度應(yīng)為____kg。若圖中OC＝2OB.則C處的刻度應(yīng)為_____kg。(3)當秤盤上放一個質(zhì)量為2 kg的物體時，若換用一個質(zhì)量更大的秤砣，移動秤砣使桿秤再次水平平衡時，其讀數(shù)_____(選填“”)2 kg，由此可知一桿桿秤不能隨意更換秤砣。
12. (2021杭州34題6分)已知一根質(zhì)量分布均勻的圓柱體木料質(zhì)量為60 kg，體積為0.1 m3。(g＝10 N/kg)問：(1)此木料的密度為多少？(2)如圖所示，甲、乙兩人分別在A點和B點共同扛起此木料并恰好水平，其中AO＝BO，O為木料的中點。求此時乙對木料的作用力大小。(3)若在(2)中當乙的作用點從B點向O點靠近時，請列式分析此過程中甲對木料作用力大小變化情況。
(2)木料的重力為G＝mg＝60 kg×10 N/kg＝600 N，由于AO＝BO，則乙對木料的作用力大小為F＝ G＝ ×600 N＝300 N(3)若以A為支點，根據(jù)杠桿平衡條件有FB AB＝G AO，解得乙對木料的作用力大小為FB＝ G，則甲對木料的作用力大小為FA＝G－FB＝G－ G，乙從B點向O點靠近過程中，AB減小，則FA減小
解：(1)木料的密度為ρ＝ ＝600 kg/m3
13. 一個大人和小孩玩蹺蹺板游戲，大人、小孩分別與支點O相距0.5 m、0.6 m，小孩從地面被抬起至0.3 m的空中，大人的腳沒有離開地面且受到地面對他400 N的力，此時蹺蹺板恰好處于水平靜止狀態(tài)(如圖)。已知小孩質(zhì)量為25 kg，蹺蹺板總長夠長，忽略蹺蹺板的重力，支點O在蹺蹺板的中央。(g取10 N/kg)(1)求大人的質(zhì)量；(2)若大人的位置不變，小孩慢慢移動，當大人對地面壓力減小一半時(蹺蹺板仍保持水平靜止狀態(tài))，求小孩移動的距離。
解：(1)小孩的重力G＝mg＝25 kg×10 N/kg＝250 N將蹺蹺板看成杠桿，由杠桿平衡條件F1L1＝F2L2得，F(xiàn)孩L1＝F大L2，即250 N×0.6 m＝F大×0.5 m 解得大人對杠桿的作用力F大＝300 N由相互作用力可得杠桿對大人的支持力F＝F大＝300 N對大人進行受力分析可知，G大＝F支持＋F＝400 N＋300 N＝700 N大人的質(zhì)量m＝ ＝70 kg
(2)此時大人對杠桿的壓力F大′＝G大－ F支持＝700N－ ×400 N＝500 N由杠桿平衡條件F1L1＝F2L2得，F(xiàn)孩L1′＝F大′L2，即250 N×L1′＝500 N×0.5 m 解得小孩與支點O相距L1′＝1 m則小孩移動的距離s＝L1′－L1＝1 m－0.6 m＝0.4 m
【對接教材】九上：P87～P92
動力×動力臂＝阻力×阻力臂
一、杠桿平衡條件應(yīng)用例1　(2021新疆)如圖所示，用剪刀將一張紙片緩慢地一刀剪斷的過程中，阻力臂L阻和動力F動的變化情況是(　　)A．L阻不變，F(xiàn)動變大 B．L阻不變，F(xiàn)動不變C．L阻變大，F(xiàn)動變大 D．L阻變大，F(xiàn)動不變
例2　(2021鐵嶺)如圖是小明用一根木棒撬動水平地面上石頭的情景，為了更省力，小明應(yīng)沿__________(選填“豎直”或“垂直木棒”)方向向下壓木棒。若想省更多的力，小明可以將作為支點的石塊O向______(選填“左”或“右”)適當移動。
例3 　如圖所示，在輕質(zhì)杠桿OA的中點懸掛一個重物，在A端施加一個始終與OA垂直的力F，由水平位置勻速提到如圖虛線的位置，在這個過程中，拉力F的大小(　　)A．一直變大　　　　B．始終不變C．一直變小　　　　D．先變小后變大
變式1　改變動力的方向如圖所示，在輕質(zhì)杠桿的中點處懸掛一重物，在杠桿最右端施加一個豎直向上的力F，杠桿保持平衡，保持力F方向不變，將杠桿沿逆時針方向緩慢轉(zhuǎn)動，力F將________(選填“變大”“變小”或“不變”)。
變式2　改變動力、阻力位置如圖所示，用一可繞O點轉(zhuǎn)動的輕質(zhì)杠桿，將掛在杠桿下的重物提高，用一個始終與杠桿垂直的力F，使杠桿由豎直位置緩慢轉(zhuǎn)到水平位置，在此過程中動力F的力臂將______，物體的重力G的力臂將______，拉力F的變化情況是______(均選填“變大”“變小”或“不變”)。
二、杠桿平衡條件相關(guān)計算例4　 小金家有個木衣架，結(jié)構(gòu)簡化如圖所示(其中兩個掛衣臂一樣長，且左右對稱)。有一次放學(xué)回家，他把書包掛在衣架掛衣鉤A處(如圖所示)，衣架倒了下來。為了搞清原因，他測得以下的數(shù)據(jù)：書包質(zhì)量為m1，木衣架質(zhì)量m2為3千克，圓底盤直徑D為30厘米，A點到衣架受到重力作用線(經(jīng)過圓底盤的圓心)的垂直距離L為25厘米。(g取10 N/kg)
第1步：杠桿五要素畫圖：木衣架倒下的這一瞬間可以把衣架看成杠桿，請找出此杠桿的五要素并在圖中畫出；第2步：標力、力臂大?。簞恿闀闹亓1，動力臂L1＝________，阻力為木衣架的重力G2，阻力臂為L2＝________；
第3步：根據(jù)情景進行相關(guān)判斷及計算(1)若書包的質(zhì)量m1為5 kg，請你通過計算，解釋衣架倒下來的原因；(2)請證明為使木衣架不倒下來，需要滿足的條件是m1≤m2× ，試寫出推導(dǎo)過程；(3)請你計算能掛在衣架掛衣鉤A處，且保證衣架不倒下來的書包的最大質(zhì)量為多少千克；(4)當在衣架掛衣鉤A處掛上10 千克的書包時，為了使衣架不倒下來，需要在衣架掛衣鉤B處至少掛上幾千克的物體；(5)為了防止衣架倒下來，除了在衣架掛衣鉤B處掛重物外，請你再說出兩種其他的方法。
解：(1)F1＝G1＝m1g＝5 kg×10 N/kg＝50 N，書包對衣架力和力臂的乘積F1L1＝50 N×(25 cm－15 cm)＝500 N ·cmF2＝G2＝m2g＝3 kg×10 N/kg＝30 N，衣架自身重力和力臂的乘積F2L2＝30 N×15 cm＝450 N·cm因為F1L1＞F2L2，所以衣架傾倒
(2)證明：書包的重力為G1＝m1g，木衣架的重力為G2＝m2g書包對衣架力和力臂的乘積為G1L1＝m1g×(L－ D) 衣架自身重力和力臂的乘積為G2L2＝m2g× D為使木衣架不倒下來，則G1L1≤G2L2
則m1g×(L－ D)≤m2g× D，所以m1≤m2×
(3)書包對衣架的拉力F1＝G包，阻力F2＝G衣架＝30 N圓底盤半徑為 ×30 cm＝15 cm以底盤右側(cè)點為支點，則書包對衣架作用力的力臂為L1＝L－ ×30 cm＝25 cm－15 cm＝10 cm衣架自身重力的力臂為L2＝ ×30 cm＝15 cm為使木衣架不倒下來，則由杠桿平衡條件F1L1＝F2L2可得F1＝ ＝45 N，書包的重力G包＝F1＝45 N，
則書包的質(zhì)量為m1＝ ＝4.5 kg
(4)B處所掛物體的作用力為F3，B處物體對衣架的作用力的力臂為L3＝15 cm＋25 cm＝40 cm，根據(jù)杠桿平衡條件得到F1L1＝F2L2＋F3L3，即100 N×10 cm＝30 N×15 cm＋F3×40 cm得G物＝F3＝13.75 N，則物體的質(zhì)量為m物＝ ＝1.375 kg(5)減小掛衣鉤的長度、增大底盤的直徑等
例5　(2021杭州市蕭山城區(qū)模擬)如圖所示是一種起重機的示意圖。起重機重2.4×104 N(包括懸臂)，重心為P1，為使起重機起吊重物時不致傾倒，在其右側(cè)配有配重M(重心為P2)?，F(xiàn)測得AB為10 m，BO為1 m，BC為4 m，CD為1.5 m。(1)若該起重機將重物吊升6 m，用時50 s，則重物上升的平均速度是多少？(2)現(xiàn)在水平地面上有重為2.44×104 N的貨箱，若要吊起此貨箱，起重機至少需加重量為多少的配重？(3)該起重機最大配重量是多少？
解：(1)重物上升的平均速度v＝ ＝0.12 m/s(2)若要吊起此貨箱，起重機對貨箱的拉力F拉′＝G＝2.44×104 N支點為B，配重的力臂BD＝BC＋CD＝4 m＋1.5 m＝5.5 m根據(jù)杠桿平衡條件可得F拉′×AB＝G起重機×BO＋G配重×BD即2.44×104 N×10 m＝2.4×104 N×1 m＋G配重×5.5 m 解得G配重＝4×104 N
(3)不起吊物體時，支點為C 起重機自重的力臂OC＝BC－BO＝4 m－1 m＝3 m，配重的力臂CD＝1.5 m根據(jù)杠桿平衡條件可得G起重機×OC＝G配重′×CD即2.4×104 N×3 m＝G配重′×1.5 m 解得最大配重G配重′＝4.8×104 N
例　小明利用如圖所示的實驗裝置探究“杠桿的平衡條件”。
(1)實驗前杠桿在圖甲所示位置靜止，此時杠桿____(選填“是”或“不是”)平衡狀態(tài)，為了使杠桿在水平位置平衡，應(yīng)將杠桿兩端的平衡螺母向_____(選填“左”或“右”)端調(diào)節(jié)。
(2)如圖乙，在A點處掛3個相同的鉤碼，在B點處掛2個同樣的鉤碼，小明猜想杠桿平衡條件的結(jié)論為F1＋l1＝F2＋l2，此猜想是_____(選填“正確”或“錯誤”)的。
(3)小明多次改變力和力臂，使杠桿平衡，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：
①根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可得出杠桿平衡條件：________________________________________；②小明多次測量并記錄數(shù)據(jù)的目的是_______________(選填“減小誤差”或“尋找普遍規(guī)律”)。
動力×動力臂＝阻力×阻力臂(或F1l1＝F2l2)
(4)(2021十堰)如圖丙是同桌小花實驗時的情景，始終使杠桿保持水平平衡，將彈簧測力計從①位置移動到②位置時，測力計的示數(shù)將_______(選填 “變大”“變小”或“不變”)。
(5)圖乙中，杠桿平衡后，將杠桿左右兩側(cè)所掛的鉤碼同時朝遠離支點O方向移動一個小格，則杠桿________(選填“左”或“右”)端下沉。
(6)(2023成都改編)下列四個因素中，不會帶來實驗誤差的是(　　)A.鐵架臺自身的重力足夠大B.單個鉤碼的重力不完全相等C.懸掛鉤碼的繩套重力偏大D.杠桿與轉(zhuǎn)軸之間的摩擦偏大
(7)(2020 德州)小明所在小組用如圖丁所示的方式懸掛鉤碼， 杠桿也能在水平位置平衡(杠桿上每格等距) ，但老師卻往往提醒大家不要采用這種方式。 這主要是因為該種方式______。A. 一個人無法獨立操作B. 需要使用太多的鉤碼C. 無法測量力臂D. 力和力臂數(shù)目過多