2022年浙江中考科学复习重难点精练 精练11 杠杆的动态平衡、最小力分析

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1．如图所示，重力不计的杠杆可绕O点无摩擦转动，在A端用轻质细绳悬挂一质量为200g的物体M，同时在B点施加一个始终垂直于杠杆的拉力FB，杠杆绕O点匀速转动到虚线位置，OA＝3m，AB＝1m。下列说法正确的是（ ）
A．杠杆拉至与墙面夹角为30°时，FB＝3N
B．拉力F逐渐变大
C．杠杆绕O点缓慢转动到水平位置时拉力FB做的功为3J
D．此过程中，FB最大值为3N
2．如图轻杆（不计杠杆重力），O为支点，物重为30N，OA：AB＝1：2，在竖直向上的拉力作用下始终保持平衡状态。下列说法，正确的是（ ）
A．图甲位置，仅增加物重，则拉力变化量与物重变化量之比为3：1
B．图甲位置时，拉力大小为15N
C．该杠杆与镊子类型相同
D．如图乙保持拉力方向不变，将轻杆匀速提到虚线位置，拉力不变
3．如图所示装有物品的旅行箱整体可视为杠杆，O为支点，B为重心，A为拉杆的端点。在A点沿图示方向施加拉力F，旅行箱静止。要使作用在A点的拉力F减小，保持其他条件不变，下列做法可行的是（ ）
A．缩短拉杆的长度
B．使拉力方向顺时针改变30°
C．使拉力方向逆时针改变60°
D．将箱内较重的物品远离O点摆放
4．如图所示，一长为L的轻质直杆可绕O点转动，杆下挂一所受重力为G的物块，刚开始直杆与竖直方向夹角为60°。为了安全下降物块，用一个始终水平向右且作用于直杆中点的拉力F，使直杆缓慢地转动到竖直位置（可以认为杠杆每一瞬间都处于平衡状态），则下列说法正确的（ ）
A．拉力F的大小保持不变
B．拉力F和物块重力G是一对平衡力
C．这个过程中直杆一直都是费力杠杆
D．这个过程中物块重力所做的功为12GL
5．如图所示，用一根硬棒撬一块大石头，当在硬棒的A点上用竖直向下的力F1压硬棒，石头未能撬起，则在力的大小不变的情况下，下列措施中最有效地把石头撬起来的是（ ）
A．把垫着的小石头移近大石头，且用力的方向改为F2所示的方向
B．把垫着的小石头移远大石头，且用力的方向改为F2所示的方向
C．把垫着的小石头移远大石头，且用力的方向仍为竖直向下，即F1所示方向
D．把垫着的小石头移近大石头，且用力的方向仍为竖直向下，即F1所示方向二．多选题（共3小题）
（多选）6．如图所示的杠杆，AB＝l1，OB＝l2，且l1＜l2，物体重力为G，拉力F与杠杆成30°角，杠杆处于水平位置平衡，不计杠杆自身重力，则下列说法正确的是（ ）
A．此时的杠杆为费力杠杆
B．此时的拉力F=2Gl2l1
C．保持杠杆水平平衡，拉力F从实线转到虚线位置过程中，F将逐渐变小
D．保持杠杆水平平衡，拉力F从实线转到虚线位置过程中，F的最小值为 2Gl2l1+l2
（多选）7．如图所示，用一个可以绕O点转动的硬杆提升重物，若在提升重物的过程中，动力F始终沿水平方向，则在如图所示的过程中，（硬杆自重忽略不计）下列说法正确的是（ ）
A．拉力F的大小逐渐变大B．拉力F的大小保持不变
C．拉力F的力臂逐渐变大D．拉力F的力臂逐渐变小
（多选）8．如图所示，均匀细杆OA长为l，可以绕O点在竖直平面内自由移动，在O点正上方距离同样是l的P处固定一定滑轮，细绳通过定滑轮与细杆的另一端A相连，并将细杆A端绕O点从水平位置缓慢匀速向上拉起。已知绳上拉力为F1，当拉至细杆与水平面夹角θ为30°时，绳上拉力为F2，在此过程中（不考虑绳重及摩擦），下列判断正确的是（ ）
A．拉力F的大小保持不变
B．细杆重力的力臂逐渐减小
C．F1与F2两力之比为1：3
D．F1与F2两力之比为2：1
三．填空题（共6小题）
9．如图是农村曾用的舂米工具的结构示意图。杆AB可绕O点转动，杆右端均匀柱形物体的长度与杆右侧的OB相等，杆AB的重力不计，柱形物体较重。若作用在A点的动力F方向始终与杆垂直，则杆从水平位置缓慢转动45°角的过程中，动力F大小的变化是 。
10．如图所示，一块既长又厚的均匀木块A，左上角有一固定转动轴O与墙连接，其下方放置有一小木块B，B与水平地面之间存在摩擦，其余摩擦不计。B从A的左端匀速拉到右端的过程中，水平拉力的大小 （选填“变大”、“变小”或“不变”）；若上述过程中，拉力做功为W1，再将B从A的右端匀速拉到左端的过程中，水平拉力做功为W2，则W1 W2。（选填“大于”、“小于”或“等于”）
11．如图所示，OAB是杠杆，OA与BA垂直，在OA的中点处挂一个G＝10N重物，杠杆重力及摩擦均不计。若加在B点的动力F甲使OA在水平位置保持静止，如图甲所示，那么，该杠杆 （选填“一定”或“不一定”）是省力杠杆；若动力F乙始终与OA垂直，将杠杆由水平位置匀速向上提升重物，如图乙所示，动力F乙的大小变化是 （选填“变大”、“变小”、“先变大后变小”或“先变小后变大”）；若动力F丙由竖直向上的方向沿逆时针缓慢地转到水平向左的方向，在此过程中OA始终保持水平静止，如图丙所示。请在答题纸上画出动力F丙随时间t的变化趋势。
12．小明在学校运动会上是仪仗队手，如图所示。他竖直举前进时，风给红旗水平向右的阻力为20N，其作用点可以看成在A点。已知AB＝1.6m，BC＝0.4m小明的两只手分别位于B、C两点，他用一只手握紧旗杆不让它下滑，用另一只手拉住旗杆不让它倾斜。则另一只手对旗杆加的最小拉力为 N，方向 。沿水平路面匀速前进10m的过程中小明克服风力做的功为 J。
13．如图所示为一拉杆旅行箱的示意图将其视为杠杆，O为支点，B为重心，BC为竖直方向，A为拉杆端点，已知箱重为250N，OA为120cm，OC为24cm。使拉杆箱在图示位置静止的最小动力为 ；生活中，常把箱内较重物品靠近O点摆放，这样使拉杆箱在图示位置静止的最小动力将 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。
14．如图是液压机杠杆装置的示意图，O为支点，F2是压杠杆时对杠杆的阻力，方向竖直向上，大小为4200N，OA为50cm，杆重和摩擦忽略不计。
（1）作用在A点竖直向下的力F1至少为 N，才能使A点下移，此装置是 （选填“省力”或“费力”）杠杆。
（2）若使杠杆A点下移时力F1最小，则力F1应与 ，最小为 N。
四．计算题（共1小题）
15．在“大力士”比赛中，需要把一质量M＝300kg，底面边长为4cm，高为3cm，质量分布均匀的长方体，利用翻滚的方法沿直线移动一段距离，如图所示。
（1）作出翻滚长方体时，使长方体一边刚刚离开地面，所用最小力F的示意图和力臂。
（2）求出所用最小力F的大小。
五．解答题（共3小题）
16．如图所示，一根质量分布均匀的木棒，质量为m，长度为L，竖直悬挂在转轴O处，在木棒最下端用一方向始终水平向右的拉力F缓慢将木棒拉动到与竖直方向夹角为θ的位置（转轴处摩擦不计），问：
（1）在图中画出θ＝60°时拉力F的力臂l，并计算力臂的大小。
（2）木棒的重力作用点在其长度二分之一处，随拉开角度θ的增加，拉力F将如何变化？并推导拉力F与角度θ的关系式。
17．某同学用独轮车搬运砖头（如图）。他用80N的水平推力推着小车在水平地面上向左做匀速直线运动，突然发现前面有一个小孩，他马上用120N的力向右拉小车，使小车减速，在减速过程中，小车所受的摩擦力为 N。搬运时他应把砖头放在车箱 （选填“A”或“B”）区域，抬起车把时更省力，并请你在图中作出在C点抬起车把时最小力的示意图和这个力的力臂L。
18．阅读短文，回答下列问题：
力矩
门、窗等转动物体从静止状态变为转动状态或从转动状态变为静止状态时，必须受到力的作用。但是，我们若将力作用在门、窗的转轴上，则无论施加多大的力都不会改变其运动状态，可见转动物体的运动状态和变化不仅与力的大小有关，还与受力的方向、力的作用点的影响有关。力的作用点离转轴越远，力的方向与转轴所在平面越趋于垂直，力使转动物体运动状态变化得就越明显。物理学中力的作用点和力的作用方向对转动物体运动状态变化的影响，用力矩这个物理量综合表示，因此，力矩被定义为力与力臂的乘积。力矩概括了影响转动物体运动状态变化的所有规律，力矩是改变转动物体运动状态的物理量。
力矩用M表示，即M＝FL，式中L为力臂，力臂是转动轴到力的作用线的距离。在国际单位制中，力矩的单位是牛顿•米，符号为N•m．有固定转动轴的物体在力的作用下处于静止或匀速转动的状态称为力矩平衡状态。引入力矩概念后，杠杆的平衡条件可叙述为：使杠杆沿顺时针转动的力矩与使杠杆沿逆时针转动的力矩相等。用公式表示为：M顺＝M逆。
（1）用垂直于门的力推门，推力F＝50N，手到门轴的距离为0.3m，则F对门轴的力矩M为 N•m，若将力作用在门、窗的转轴上，则F对门轴的力矩M为 N•m。
（2）如图所示，一根均匀木棒OA可绕过O点的水平轴自由转动，现有一方向不变的水平力F作用于该棒的A点，使棒从竖直位置缓慢转到偏角θ＜90°的某一位置（缓慢转动可视为匀速转动），设M为力F对转轴的力矩，对此过程中M和F的判断正确的是 。（选填字母）
A．M不断变大，F不断变大 B．M不断变大，F不断变小
C．M不断变小，F不断变大 D．M不断变小，F不断变小
（3）图中，如果用一个大小不变的拉力F在A点拉动木棒，要想力矩最大，力的方向应该是 。
（4）使棒从竖直位置缓慢转到偏角θ＜90°的某一位置的过程中（缓慢转动可视为匀速转动），木棒的机械能 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。