有关杠杆题精选(含答案)

..有关杠杆计算题精选1.如图甲所示装置中，物体甲重G甲＝150N，动滑轮重G轮＝50N，人重G人＝650N。轻杆AB可以绕O点转动，且OA∶OB＝5∶9。不计轴摩擦和绳重，当轻杆AB在水平位置时，整个装置处于平衡状态，地面对物体乙的支持力为F1＝210N。求：⑴物体乙受到的重力G乙。若用物体丙替换物体甲，并在物体乙的下方连接一个弹簧，如图乙所示，当轻杆AB在水平位置时，整个装置处于平衡状态，弹簧对物体乙的作用力为F2＝780N。求：⑵此时地面对人的支持力F3。答案（1）………1分杠杆两端受力如图1所示。根据杠杆平衡条件：FA＝FB＝×(G轮＋2G甲)＝×(50N＋2×150N)＝630N……………1分物体乙受力如图2所示。G乙＝FA＋F1＝630N＋210N＝840N………………………………………………1分..（2）加入弹簧后，物体乙受力如图3所示。FA¢＝G乙＋F2＝840N＋780N＝1620N……………………………………………1分根据杠杆平衡条件：FB¢＝FA¢＝×1620N＝900N………………………………………………1分物体丙替代物体甲后，滑轮受力如图4所示。FB¢＝2G丙＋G轮G丙＝(FB¢－G轮)＝×(900N－50N)＝425N…………………………………1分人受力分析如图5所示。G丙＋F3＝G人F3＝G人－G丙＝650N－425N＝225N………………………………………………1分2．（7分）（2014•达州）如图，轻质杠杆AB可绕O点转动，在A、B两端分别挂有边长为10cm，重力为20N的完全相同的两正方体C、D，OA：OB=4：3；当物体C浸入水中且露出水面的高度为2cm时，杠杆恰好水平静止，A、B两端的绳子均不可伸长且均处于张紧状态．（g=10N/kg）求：（1）物体C的密度；（2）杠杆A端受到绳子的拉力；（3）物体D对地面的压强．解答：解：（1）物体C的体积V=10cm×10cm×10cm=1000cm3=0.001m3，则物体C的密度ρ===2×103kg/m3．（2）物体C排开水的体积V排=（0.1m）2×（0.1m﹣0.02m）=8×10﹣4m3，则受到的浮力F浮c=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×8×10﹣4m3=8N；则FA=G﹣F浮=20N﹣8N=12N．（3）由F1L1=F2L2得：FAOA=FBOB，..∴FB=FA=×12N=16N，F压=F支=G﹣FB=20N﹣16N=4N；p===400Pa．3．（8分）（2014•德阳）如图所示，质量为70kg，边长为20cm的正方体物块A置于水平地面上，通过绳系于轻质杠杆BOC的B端，杠杆可绕O点转动，且BC=2BO．在C端用F=150N的力竖直向下拉杠杆，使杠杆在水平位置平衡，且绳被拉直：（绳重不计，g取10N/kg）求：（1）物体A的重力G；（2）绳对杠杆B端的拉力F拉；（3）此时物体A对地面的压强p．解答：解：（1）物体A的重力：G=mg=70×10N=700N；（2）由杠杆平衡条件有：F拉′×BO=F×OC，则F拉′===300N，因绳对杠杆B端的拉力与杠杆B端对绳的拉力是一对相互作用力，大小相等，所以，F拉=F拉′=300N；（3）对静止的物体A受力分析可知：受到竖直向上的拉力和支持力、竖直向上的重力，由力的平衡条件可得，物体A受到的支持力，F支持=G﹣F拉=700N﹣300N=400N，因物体A对地面的压力和地面对物体A的支持力是一对相互作用力，所以，物体A对地面的压力：F压=F支持=400N，受力面积：S=20cm×20cm=400cm2=0.04m2，A对地面的压强：p===104Pa．4．（2014•资阳）如图所示，光滑带槽的长木条AB（质量不计）可以绕支点O转动，木条的A端用竖直细绳连接在地板上，OB=0.4m．在木条的B端通过细线悬挂一个高为20cm的长方体木块，木块的密度为0.8×103kg/m3．B端正下方放一盛水的溢水杯，水面恰到溢水口处．现将木块缓慢浸入溢水杯中，当木块底面浸到水下10cm深处时，从溢水口处溢出0.5N的水，杠杆处于水平平衡状态．然后让一质量为100g的小球从B点沿槽向A端匀速运动，经4s的时间，系在A端细绳的拉力恰好等于0，则小球的运动速度为0.13m/s．（g取10N/kg）解答：解：木块受到的浮力：F浮=G排=0.5N，∵F浮=ρ水V排g，∴木块浸入水中的体积：..V浸=V排===5×10﹣5m3，∴木块的体积：V木=2V浸=2×5×10﹣5m3=1×10﹣4m3，木块的质量：m=ρ木V木=0.8×103kg/m3×1×10﹣4m3=0.08kg，木块重：G=mg=0.08kg×10N/kg=0.8N，所以杠杆B端受到的拉力：FB=G﹣F浮=0.8N﹣0.5N=0.3N，∵杠杆平衡，∴FA×OA=FB×OB，小球的质量为：m球=100g=0.1kg，小球的重：G球=m球g=0.1kg×10N/kg=1N，设小球的运动速度为v，则小球滚动的距离s=vt，当A端的拉力为0时，杠杆再次平衡，此时小球到O点距离：s′=s﹣OB=vt﹣OB=v×4s﹣0.4m，∵杠杆平衡，∴G球×s′=FB×OB，即：1N×（v×4s﹣0.4m）=0.3N×0.4m，解得：v=0.13m/s．5．（2014•资阳）如图是液压汽车起重机从水中打捞重物的示意图．A是动滑轮，B是定滑轮，C是卷扬机，D是油缸，E是柱塞．作用在动滑轮上共三股钢丝绳，卷扬机转动使钢丝绳带动动滑轮上升提取重物，被打捞的重物体积V=0.5m3．若在本次打捞前起重机对地面的压强p1=2.0×107Pa，当物体在水中匀速上升时起重机对地面的压强p2=2.375×107Pa，物体完全出水后起重机对地面的压强p3=2.5×107Pa．假设起重时柱塞沿竖直方向，物体出水前、后柱塞对吊臂的支撑力分别为N1和N2，N1与N2之比为19：24．重物出水后上升的速度v=0.45m/s．吊臂、定滑轮、钢丝绳的重以及轮与绳的摩擦不计．（g取10N/kg）求：（1）被打捞物体的重力；（2）被打捞的物体浸没在水中上升时，滑轮组AB的机械效率；（3）重物出水后，卷扬机牵引力的功率．解：（1）设起重机重为G，被打捞物体重力为G物；打捞物体前，G=p1S；在水中匀速提升物体时：F拉=G物﹣F浮；起重机对地面的压力：G+F拉=p2S；F浮=ρ水gV排=1000kg/m3×10N/kg×0.5m3=0.5×104N；物体出水后：G+G物=p3SF拉=（P2﹣P1）S；G物=（P3﹣P1）S；..整理可得：===；可得物体重力为G物=2.0×104N．答：被打捞物体的重力为2.0×104N．（2）设钢丝绳上的力在出水前后分别为F1、F2，柱塞对吊臂力的力臂为L1，钢丝绳对吊臂力的力臂为L2．根据杠杆平衡条件可知：N1L1=3F1L2；N2L1=3F2L2；所以F1=；F2=；∴=；又∵==；整理得：动滑轮的重力G动=0.4×104N；物体浸没在水中上升时，滑轮组的机械效率η===×100%=78.9%；答：被打捞的物体浸没在水中上升时，滑轮组AB的机械效率为78.9%；（3）出水后钢丝绳上的力F2===0.8×104N；物体上升的速度为V；则钢丝绳的速度为V′=3V=3×0.45m/s=1.35m/s；所以重物出水后，卷扬机牵引力的功率为P=F2V=0.8×104N×1.35m/s=1.08×104W．答：重物出水后，卷扬机牵引力的功率为1.08×104W．6．（6分）（2014•威海）如图甲所示是某船厂设计的打捞平台装置示意图．A是动滑轮，B是定滑轮，C是卷扬机，卷扬机拉动钢丝绳通过滑轮组AB竖直提升水中的物体，可以将实际打捞过程简化为如图乙所示的示意图．在一次打捞沉船的作业中，在沉船浸没水中匀速上升的过程中，打捞平台浸入水中的体积相对于动滑轮A未挂沉船时变化了0.4m3；在沉船全部露出水面并匀速上升的过程中，打捞平台浸入水中的体积相对于动滑轮A未挂沉船时变化了1m3．沉船浸没在水中和完全露出水面后卷扬机对钢丝绳的拉力分别为F1、F2，且F1与F2之比为3：7．钢丝绳的重、轴的摩擦及水对沉船的阻力均忽略不计，动滑轮的重力不能忽略．（水的密度取1.0×103kg/m3g取10N/kg）求：..（1）沉船的重力；（2）沉船浸没水中受到的浮力；（3）沉船完全露出水面匀速上升1m的过程中，滑轮组AB的机械效率．解：（1）在沉船全部露出水面匀速上升的过程中，打捞平台浸入水中的体积相对于动滑轮A未挂物体时变化了1m3，则打捞平台增大的浮力：F浮=ρgV排=1×103kg/m3×10N/kg×1m3=104N，即沉船的重力为G=104N；（2）在沉船浸没水中匀速上升的过程中，打捞平台浸入水中的体积相对于动滑轮A未挂物体时变化了0.4m3；则打捞平台增大的浮力：F浮1=ρgV排1=1×103kg/m3×10N/kg×0.4m3=4×103N；所以沉船浸没水中受到的浮力为F浮2=G﹣F浮1=104N﹣4×103N=6×103N；（3）∵F拉1=F浮1，∴沉船浸没在水中匀速上升的过程中F1=（F拉1+G动），[来源:学&科&网Z&X&X&K]∵F拉2=G，∴沉船全部露出水面匀速上升的过程中，F2=（F拉2+G动），因为F1：F2=3：7，解得：G动=500N，沉船全部露出水面后匀速上升过程中，滑轮组AB的机械效率：η====×100%≈95.2%．答：（1）沉船的重力为104N；（2）沉船浸没水中受到的浮力为：6×103N；（3）沉船完全露出水面匀速上升1m的过程中，滑轮组AB的机械效率为95.2%．..22．（5分）（2014•济宁）山东省第23届运动会山地自行车比赛项目将在济宁市万紫千红度假村举行，运动员李伟参加了小组选拔赛．图中的山地自行车为比赛用车，其相关数据见表：车架材料碳纤维车架材料体积/cm32500车架质量/kg4.5整车质量/kg10单轮接触面积/cm34（1）求碳纤维车架的密度；（2）估计比赛中的山地自行车对地面的压强；（3）李伟在某路段匀速骑行6km，耗时10min，若该路段阻力为总重力的0.02倍，求他的骑行功率．解答：解：（1）碳纤维车架的密度ρ===1.8×103kg/m3；（2）地面所受的压力F=G=mg=（10kg+70kg）×9.8N/kg=784N；地面受到的压强为p===9.8×105Pa．（3）运动员与车的总重力G=mg=784N；骑自行车克服阻力所做的功W=FS=0.02G×6×103m=0.02×784N×6×103m=94080J功率为P===156.8W；答：（1）碳纤维车架的密度1.8×103kg/m3；（2）比赛中的山地自行车对地面的压强9.8×105Pa；（3）求他的骑行功率156.8W．