2020-2021备战中考物理压轴题之杠杆平衡(备战突破提升)

一、初中物理杠杆平衡条件的应用问题
1．如图所示，在调节平衡后的杠杆两侧，分别挂上相同规格的钩码，杠杆处于平衡状态。

如果在两侧钩码下方各增加一个与原来规格相同的钩码，则（）
A．左端下降
B．右端下降
C．仍然平衡
D．无法判断
【答案】A
【解析】
【分析】
本题考查杠杆的平衡原理。

【详解】
杠杆的平衡原理是：动力×动力臂=阻力×阻力臂。

图中，设一个钩码的重为G，杠杆每一小格的长度为L，则有G∙4L=2G∙2L，若两侧钩码下方各增加一个与原来规格相同的钩码，则杠杆的左边变成2G∙4L=8GL，右边变成3G∙2L=6GL，此时8GL>6GL，所以左端下降，故A符合题意，BCD都不符合题意。

故选A。

2．工人师傅利用如图所示的两种方式，将重均为 400N 的货物从图示位置向上缓慢提升一段距离．F1、F2始终沿竖直方向；图甲中BO=2AO，图乙中动滑轮重为 50N，重物上升速度为 0.02m/s．不计杠杆重、绳重和摩擦,则下列说法正确的是( )
A．甲方式F1由 150N 逐渐变大B．乙方式F2的功率为 3W
C．甲乙两种方式都省一半的力D．乙方式中滑轮组的机械效率约为 88.9%【答案】D
【解析】
【详解】
A ．由图知道，重力即阻力的方向是竖直向下的，动力F 1 的方向也是竖直向下的，在提升重物的过程中，动力臂和阻力臂的比值是： 1221L O
B L OA =
= 所以，动力F 1 的大小始终不变，故A 错误；
BC ．由于在甲图中， OB =2OA ，即动力臂为阻力臂的2倍，由于不计摩擦及杠杆自重，所以，由杠杆平衡条件知道，动力为阻力的一半，即
111400N 200N 22
F G ==⨯= 由图乙知道，承担物重是绳子的段数是n =3，不计绳重和摩擦，则
()()211500N+50N 150N 22
F G G =
+=⨯=动， 即乙中不是省力一半；所以，绳子的自由端的速度是：
v 绳 =0.02m/s×3=0.06m/s ，
故乙方式F 2 的功率是：
P=F 2 v 绳 =150N×0.06m/s=9W ，
故BC 错误；
D ．不计绳重和摩擦，乙方式中滑轮组的机械效率是： 400N 100%=100%=100%88.9%400N 50N
W Gh W Gh G h η=
⨯⨯⨯≈++有用总轮 故D 正确．
3．生活中，小华发现有如图甲所示的水龙头，很难徒手拧开，但用如图乙所示的钥匙，安装并旋转钥匙就能正常出水（如图丙所示）．下列有关这把钥匙的分析中正确的是
A ．在使用过程中可以减小阻力臂
B ．在使用过程中可以减小阻力
C ．在使用过程中可以减小动力臂
D ．在使用过程中可以减小动力
【答案】D
【解析】
【详解】
由图可知，安装并旋转钥匙，阻力臂不变，阻力不变，动力臂变大，根据杠杆平衡的条件F 1L 1=F 2L 2可知，动力变小，故选D 。

4．如图所示，杠杆在水平状态保持静止，要使弹簧测力计的示数变为原来的1
2
，下列措
施中可行的是
A．去掉三个钩码
B．把钩码向左移动2小格
C．把钩码向右移动2小格
D．把弹簧秤测力计向左移动2小格
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
根据杠杆平衡条件F1L1＝F2L2得，
4G×4L＝F2×8L，解得
F2＝2G，
要使弹簧测力计的示数变为原来的1
2
，
即F2＝G。

A．去掉三个钩码，根据杠杆平衡条件F1L1＝F2L2得，
G×4L＝F'2×8L，
所以F'2＝1
2
G，不符合题意；
B．把钩码向左移动2小格，根据杠杆平衡条件F1L1＝F2L2得，
4G×2L＝F'2×8L，
所以F'2＝G，故B符合题意；
C．把钩码向右移动2小格，根据杠杆平衡条件F1L1＝F2L2得，
4G×6L＝F'2×8L，
所以F'2＝3G，故C不符合题意；
D．把弹簧秤测力计向左移动2小格，根据杠杆平衡条件F1L1＝F2L2得，
4G×4L＝F'2×6L，
所以F'2＝8
3
G，故D不符合题意。

故选B。

5．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L ，若在B 点用垂直OB 竖直向下的力使杠杆在水平位置平衡，此时所用的力最小，根据杠杆平衡条件1122Fl F l =可得
min 42F L G L ⋅=⋅
则有
min 24N
22N 44
G L F L ⋅⨯=== 若在B 点斜拉使杠杆在水平位置平衡，由杠杆平衡条件1122Fl F l =可知 2211F l F l =
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
2N F ≥
故选D 。

6．悬挂重物G 的轻质杠杆，在力的作用下倾斜静止在如图所示的位置，若力施加在A 点，最小的力为 F A ，若力施加在B 点或C 点，最小的力分别为 F B 、F C 、且 AB=BO=OC ．下列判断正确的是（ ）（忽略O 点的位置变化）
A ．F A > G
B ．F B = G
C ．F C < G
D ．F B > F C
【答案】C
【解析】
【详解】
在阻力和阻力臂不变的情况下，动力臂越大，动力最小；若力施加在A 点，当OA 为动力臂时，动力最小为F a ；若力施加在B 点，当OB 为力臂时动力最小，为F b ；若力施加在C 点，当OC 为力臂时，最小的力为F c ，从支点作阻力的力臂为G l ，如图所示：
A ．F a 的力臂AO ＞G l ，根据杠杆的平衡条件可知，F a ＜G ，A 错误。

B ．F b 的力臂BO ＞G l ，根据杠杆的平衡条件可知，F b ＜G ，B 错误。

C ．F c 的力臂CO ＞G l ，根据杠杆的平衡条件可知，F c ＜G ，C 正确。

D ．F b 的力臂BO=OC ，根据杠杆的平衡条件可知，F b =F c ，D 错误。

7．用图示装置探究杠杆平衡条件，保持左侧的钩码个数和位置不变，使右侧弹簧测力计的作用点 A 固定，改变测力计与水平方向的夹角 θ，动力臂l 也随之改变，所作出的“F -θ”图象和“F -l ” 图象中，正确的是
A ．
B ．
C ．
D ．
【答案】C
【解析】
【详解】
A ．动力F 和θ的关系，当F 从沿杆方向（水平向左）→垂直于杆方向（与水平方向成90°）→沿杆方向（水平向右），由图可知，F 对应的动力臂l =OA ×sinθ，动力臂l 先变大后变小，则动力F 先变小后变大，所以A 错误；
B ．当θ等于90°时，动力臂最大，动力最小但不为零，所以B 错误；
CD ．根据杠杆平衡条件Fl =F 2l 2可得：F =
22F l l
，由于F 2、l 2不变，则F 和l 成反比，故C 正确，D 错误。

8．如图所示装置，杆的两端A 、B 离支点O 的距离之比:1:2OA OB ＝，A 端接一重为G A 的物体，B 端连一滑轮，滑轮上挂有另一重为G B 的物体。

现杠杆保持平衡，若不计滑轮重力，则G A 与G B 之比应是（ ）
A ．1∶4
B ．1∶2
C ．1∶1
D ．2∶1
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
由杠杆平衡条件可知 A G OA F OB ⋅=⋅
即 A G OA F
OB
⋅=
因 :1:2OA OB ＝
所以
12
A F G = 由图和动滑轮的特点可知
12
B F G = 故
1:1A B
G G = 故选C 。

9．小明探究杠杆的平衡条件，挂钩码前，调节杠杆在水平位置平衡，杠杆上每格距离相等，杆上A 、B 、C 、D 的位置如图所示，当A 点挂4个钩码时，下列操作中能使杠杆在水平位置平衡的是（ ）
A ．
B 点挂5个钩码
B．C点挂4个钩码
C．D点挂1个钩码
D．D点挂2个钩码
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
设每个钩码重力为F，每个小格长度为L，则O点左侧力与力臂的积为
4F×3L=12FL
杠杆的平衡条件是
A．若B点挂5个钩码时，杠杆右侧力与力臂的积为
5F×2L=10FL＜12FL
杠杆不能平衡，故A错误；
B．若C点挂4个钩码时，杠杆右侧力与力臂的积为
4F×4L=16FL＞12FL
杠杆不能平衡，故B错误；
C．若D点挂1个钩码时，杠杆右侧力与力臂的积为
F×6L=6FL＜12FL
杠杆不能平衡，故C错误；
D．若D点挂2个钩码时，杠杆右侧力与力臂的积为
2F×6L=12FL=12FL
杠杆能平衡，故D正确。

故选D
10．如图所示，杠杆处于平衡状态，下列操作中能让杠杆继续保持平衡的是（）
A．将左边的钩码去掉二个并保持位置不变，同时将右边钩码向左移二格
B．在左右两边钩码的下方各加一个钩码，位置保持不变
C．将左右两边的钩码各去掉一个，位置保持不变
D．将左右两边的钩码均向外移动一格
【答案】A
【解析】
【详解】
设杠杆的一个小格是1cm，一个钩码的重是1N；
A．将左边的钩码去掉二个并保持位置不变，同时将右边钩码向左移二格，（4-2）N×3cm =3N×（4-2）cm，杠杆仍然平衡，故A符合题意；
B．在左右两边钩码的下方各加一个钩码，位置保持不变，由（4+1）N×3cm＜（3+1）
N×4cm得，杠杆的右端下沉，故B不符合题意；
C．将左右两边的钩码各去掉一个，位置保持不变，由（4-1）N×3cm＞（3-1）N×4cm 得，杠杆的左端下沉，故C不符合题意；
D．将左右两边的钩码均向外移动一格，由4N×（3+1）cm＞3N×（4+1）cm得，杠杆的左端下沉，故D不符合题意。

11．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。

12．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
①→②→③，此过程中（）
A．①位置力臂最长B．③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②位置时力臂最大，故AB 不符合题意；
CD．从①→②→③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。

13．如图所示为建筑工地上常用的吊装工具，物体M为重5000N的配重，杠杆AB的支点为O，已知OA∶OB=1∶2，滑轮下面挂有建筑材料P，每个滑轮重100N，工人体重为
700N，杠杆与绳的自重、滑轮组摩擦均不计，当工人用300N的力竖直向下以1m/s的速度匀速拉动绳子时（）
A．工人对地面的压力为400N
B．建筑材料P重为600N
C．建筑材料P上升的速度为3m/s
D．物体M对地而的压力为4400N
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
A ．当工人用300N 的力竖直向下拉绳子时，绳子对工人会施加竖直向上的拉力，其大小也为300N ，此时人受竖直向下的重力G 、竖直向上的拉力F 、竖直向上的支持力F 支，由力的平衡条件知道
F +F 支=G
即
F 支=G-F =700N-300N=400N
由于地面对人的支持力和人对地面的压力是一对相互作用力，大小相等，所以，工人对地面的压力
F 压=F 支=400N
故A 正确；
B ．由图知道，绳子的有效段数是n =2，且滑轮组摩擦均不计，由()12F G G =
+物
动知道，建筑材料P 的重力
G =2F-G 动 =2×300N-100N=500N
故B 错误；
C ．因为物重由2段绳子承担，所以，建筑材料P 上升的速度 11=1m/s=0.5m/s 22
v v =⨯绳 故C 错误；
D ．以定滑轮为研究对象，定滑轮受向下的重力、3段绳子向下的拉力、杆对定滑轮向上的拉力，由力的平衡条件知道
F A ′=3F +
G 定 =3×300N+100N=1000N
杠杆对定滑轮的拉力和定滑轮对杠杆的拉力是一对相互作用力，大小相等，即
F A =F ′A =1000N
由杠杆的平衡条件知道
F A ×OA =F B ×OB
又因为OA ：OB =1：2，所以
A B 1000=5N 00N 2F OA OA F OB OA
⨯⨯== 由于物体间力的作用是相互的，所以，杠杆对物体M 的拉力等于物体M 对杠杆的拉力，即
F B ′=F B =500N
物体M 受竖直向下的重力、竖直向上的支持力、竖直向上的拉力，则物体M 受到的支持力为
F M 支持 =
G M -F B ′=5000N-500N=4500N
因为物体间力的作用是相互的，所以物体M 对地面的压力
F M压=F M支持=4500N
故D错误。

故选A。

14．能使杠杆OA水平平衡的最小力的方向为（）
A．AB B．AC C．AD D．AE
【答案】A
【解析】
【分析】
根据杠杆平衡的条件，F1×L1=F2×L2，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．由此分析解答．
【详解】
由图知，O为支点，动力作用在A点，连接OA就是最长的动力臂，根据杠杆平衡的条件，要使杠杆平衡动力方向应向上，所以最小力方向为AB．
故选A．
【点睛】
在通常情况下，要使所用的动力最小，必须使动力臂最长，连接杠杆中支点和动力作用点这两点所得到的线段就是最长力臂．
15．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，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D．先是费力的，后是省力的
【答案】B
【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＜l 1之前杠杆是省力杠杆，在l 2＞l 1之后，杠杆变为费力杠杆，故选B 。

16．如图所示，轻质杠杆左侧用细绳挂着正方体甲，正方体甲放在水平放置的电子测力计上，右侧挂着重为1N 的钩码乙，O 为支点，正方体甲的边长为0.1m 。

在杠杆水平平衡的条件下，当只改变动力臂l 1，电子测力计的示数T 随之改变，T- l 1的关系如图所示。

则下列判断正确的是（ ）
A ．阻力臂l 2为6cm
B ．正方体甲受到的重力为6N
C ．当动力臂l 1=2cm 时，左侧细绳对杠杆的拉力为2N
D ．当动力臂l 1=4cm 时，正方体甲对电子测力计的压强为100Pa 【答案】D 【解析】 【分析】
通过甲物体处于平衡条件的分析确定杠杆所受的拉力大小，再根据杠杆平衡条件结合图像上不同的点来解题。

【详解】
A ．根据题意，甲始终处于静止状态，甲受到绳子的拉力，甲物体自身的重力，电子秤对甲物体的支持力
G F F =+支拉
物体拉杠杆的力和杠杆拉物体的力是一对相互作用力
2F F =拉
电子测力计对物体甲的支持力和物体甲对电子测力计的压力是一对相互作用力
F T =支
即
2F G T =-
根据杠杆的平衡条件
1122F L F L =
得
()112F L G T L =-
根据图像可知当T 1=2N ，L 1=2cm
()21N 2cm 2N G L ⨯=-⨯
根据图像可知当T 1=1N ，L 1=4cm
()21N 4cm 1N G L ⨯=-⨯
解得L 2=2cm ，G =2N ，A 、B 选项错误； C ．由图像可知，当L 1=2cm ，此时T 1=2N
213N 2N 1N F G T =-=-=
细绳对杠杆的拉力是1N ，C 选项错误； D ．由图像可知，当L 1=4cm ，此时T 1=1N ，由公式
1N 100Pa 0.1m 0.1m
F P S =
==⨯ D 选项正确。

故答案选择D 。

17．小军利用如图所示的装置测量某液体的密度 ρ，他将同种材料制成的甲、乙两物块分别悬挂在轻质硬杆 AB 的两端，把甲浸没在待测液体中，调节乙的位置到 C 处时，硬杆 AB 恰好水平平衡。

已知：OC =2OA ，甲、乙的体积比为 13∶2，甲、乙两物块的密度为2.6g/cm 3。

不计硬杆 AB 的重力，则下列说法中正确的是（ ）
A ．ρ＝0.8×103kg/m 3
B ．ρ＝1.0×103kg/m 3
C ．ρ＝1.8×103kg/m 3
D ．ρ＝2.6×103kg/m 3 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】
乙物体对杠杆的作用力为
=F G m g V g ρ==乙乙乙乙物
甲物体对杠杆的作用力为
=F G F V g V g V g V g ρρρρ=-=--甲甲甲甲甲浮物排物
杠杆平衡时
F OA F OC ⨯=⨯甲乙
即
V g V g OA V g OC ρρρ-⨯=⨯甲甲乙物物（）
又知
2=132OC OA V V =甲乙∶∶，
解得
ρ＝1.8×103kg/m 3
选项A 、B 、D 错误，不符合题意；选项C 正确，符合题意 故选C 。

18．如图所示，AC 硬棒质量忽略不计，在棒的B 点悬挂一个重物，在棒的C 点施加一个方向沿OO '的力F ，棒在力F 的作用下从水平位置被缓慢提升到图示位置。

则下列相关描述正确的是（ ）
A ．力F 的方向沿OO '向下
B ．AB
C 是费力杠杆
C ．阻碍杠杆转动的力是悬挂在杠杆上的物体的重力
D ．在提升过程中，力F 变小
【答案】D 【解析】 【详解】
A ．F 1对杠杆的拉力向下，则为了将杠杆抬起，力F 的方向应沿OO '向上，故A 错误；
B ．由于力F 的方向应沿OO '向上，则动力臂为S 2，阻力臂小于动力臂，则杠杆为省力杠杆，故B 错误；
C ．与杠杆接触的是悬挂在杠杆上的绳子，则阻碍杠杆转动的力是绳子对杠杆的拉力，故C 错误；
D ．在移动过程中，F 1的力臂逐渐变小，拉力F 力臂不变，则由杠杆平衡公式F 1l 1=F 2l 2可知力F 变小，故D 正确。

故选D 。

19．如图所示，在等臂杠杆两端各挂等重的实心铅块和铁块（ρρ>铅铁），杠杆水平平衡，若将铁块和铅块同时浸没在水中（未触底），则（ ）
A ．杠杆左端上翘
B ．杠杆右端上翘
C ．杠杆仍然水平平衡
D ．不确定
【答案】A 【解析】 【分析】
根据铅块和铁块质量相同，并结合杠杆的平衡条件确定杠杆的类型，即为等臂杠杆；因此当铁块、铅块都浸没水中后，受到浮力较小的一侧，杠杆下沉。

【详解】
原来杠杆平衡，且铅块和铁块质量相同（重力相同），且杠杆为等臂杠杆；由杠杆平衡条件可知，两侧的力臂相同，铅块和铁块质量相同，因为ρρ>铅铁，则由m
V ρ
=
可知
V V <铅铁，当浸没水中后，由F gV ρ=浮水排可知，铁块受到的浮力大，铅块受到的浮力较
小，此时杠杆受到的拉力
F G F =-浮拉物
因重力相同、铅块受到的浮力较小，则可知铅块对杠杆的拉力较大，因两侧的力臂相同，所以铅块一侧拉力与力臂的乘积较大，则铅块一侧将下降，即右端下降，左端上翘。

故选A 。

20．如图所示，长1m 的粗细均匀的光滑金属杆可绕O 点转动，杆上套一滑环，用测力计竖直向上拉着滑环缓慢向右移动，并保持金属杆处于水平状态。

则测力计示数F 与滑环离开O 点的距离s 之间的关系图像为（ ）
A ．
B ．
C ．
D ．
【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】
由题意可知，测力计竖直向上拉着滑环缓慢向右移动的过程中，金属杆处于水平状态，处于平衡状态，根据杠杆的平衡条件可得
1
2
OA OA G l Fs k ⋅==
金属杆的重力和金属杠的长度大小不变，即k 是定值，那么可得到
1F k s
=⋅
从上式可知随着距离s 的变大，测力计示数F 在变小，两者是成反比的，两者的关系图像是B 图像。

故选B 。

21．如图所示，轻质均匀杠杆分别挂有重物G A 和G B （G A >G B ）,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G A 和G B ,其对应的力臂分别为l A 和l B ，如图所示：
根据杠杆平衡条件可得：G A l A=G B l B；
已知G A>G B所以l A<l B，当两端各再加重力相同的物体后，设增加的物重为G，此时左边力和力臂的乘积：
(G A+G)⋅l A=G A l A+Gl A
右边力和力臂的乘积：
(G B+G)⋅l B=G B l B+Gl B
由于l A<l B，所以Gl A<Gl B；
所以：
G A l A+Gl A<G B l B+Gl B
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。

22．如图所示，杠杆恰好处于水平平衡状态，若在B处下方再挂一个钩码，若要使杠杆在水平位置再次平衡，下列可行的操作是______。

（选填字母）
A．减少一个悬挂在A处的钩码B．增加一个悬挂在A处的钩码
C．将悬挂在A处的钩码向左移动一格D．将悬挂A处的钩码向右移动一格
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
假设一个钩码重力为G，杠杆一格为l，杠杆平衡时
⨯=⨯=
G l G l Gl
32236
若在B处下方再挂一个钩码，则右边为
G l Gl
⨯=
339
A．减少一个悬挂在A处的钩码，则左边为
G l Gl
⨯=
224
左边小于右边，杠杆不能平衡，故A项不符合题意；
B．增加一个悬挂在A处的钩码，则左边为
⨯=
G l Gl
428
左边小于右边，杠杆不能平衡，故B项不符合题意；C．将悬挂在A处的钩码向左移动一格，则左边为
⨯=
339
G l Gl
左边等于右边，杠杆能再次平衡，故C项符合题意；D．将悬挂A处的钩码向右移动一格，则左边为
⨯=
G l Gl
313
左边小于右边，杠杆能再次平衡，故D项不符合题意。

故选C。