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初中物理总复习:简单机械专题
佚名 2020-04-27

1、杠杆的概念:一根在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就是杠杆。杠杆的五要素是:支点、动力、阻力、动力臂和阻力臂,杠杆可以是直的硬棒,如撬棒等;也可以是弯的,如羊角锤。

(4)用两头带箭头的线段标示出支点到力的作用线的垂线段,写上相应的字母L1(或L2)。

(1)省力杠杆:L1>L2,F1<F2这类杠杆的特点是动力臂L1大于阻力臂L2,平衡时动力F1小于阻力F2,即用较小的动力就可以克服较大的阻力。但是实际工作是动力移动的距离却比阻力移动的距离大,即要费距离。如撬起重物的撬棒,开启瓶盖的起子、铡草用的铡刀等,都属于这一类杠杆。(2)费力杠杆:L1<L2,F1>F2这类杠杆的特点是动力臂L1小于阻力臂L2,平衡时动力F1大于阻力F2,即要用较大的动力才能克服阻力完成工作,但它的优点是杠杆工作时,动力移动较小的距离就能使阻力移动较大的距离。使工作方便,也就是省了距离。如缝纫机踏板、挖土的铁锨、大扫帚、夹煤块的火钳,这些杠杆都是费力杠杆。

(3)等臂杠杆:L1=L2,F1=F2这类杠杆的动力臂L1等于阻力臂L2,平衡时动力F1等于阻力F2,工作时既不省力也不费力,如天平、定滑轮就是等臂杠杆。

1、定滑轮:如下图甲所示,我们可把一条直径看成杠杆,圆心就是杠杆的支点,因此,定滑轮实质是等臂杠杆。定滑轮的特点是它的转轴(支点)不随货物上下移动。

2、动滑轮:如下图乙所示,特点是它的转动轴会随物体上下移动,它实质是动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆,它的转动轴是阻力作用点。

3、定滑轮和动滑轮的作用使用定滑轮虽然不能省力,但可以改变用力方向,给工作带来方便。使用动滑轮可以省力,但要多移动距离。

4、滑轮组:由定滑轮和动滑轮组装起来的,既可省力又可以改变用力方向,但费距离。在使用滑轮组时,滑轮组用几段绳子吊着动滑轮,提起物体所用的力就是总重的几分之一。我们可以在知道或算出滑轮组承担重物的绳子段数的情况下组装滑轮组,可以根据奇动偶定的原则先确定绳子的一端是挂在动滑轮或定滑轮的钩上,再由里向外顺次绕线。

例3)用一条长2m的扁担挑物品,前后两端分别挂有300N和200N的箱子。要使扁担保持水平平衡,肩应离扁担前端多远?

【思路点拨】人在挑水时以肩为支点,两边水桶形成杠杆的平衡,由平衡的条件可求得答案。

要使两边平衡则有:G1L1=G2L2--------①由题意知:L1+L2=2m--------------②联立解得:L1=0.8m

【变式】如图所示一根质地不均匀的木棒横放在地上,重心为O点 ,抬起它的左端需要200N,抬起它的右端需要300N,则(1)木棒的OA段重还是OB段重?(2)木棒本身重多少N?

由已知F1=200N,如图抬起它的左端应作用在A点;F2=300N,如图应作用在B点,设木棒重为G,作用在O点

(1)瘦子固定不动,胖子用力FA拉绳使货物G匀速上升。(2)胖子固定不动,瘦子用力FB拉绳使货物G匀速上升。

【思路点拨】图中一共有三只滑轮,分析可知,最上面一只和最下面一只都是定滑轮,只起到了改变力的方向的作用,而中间一只是动滑轮,因为胖子和瘦子拉绳的位置不同,因此,一个省力一个费力,明确了这一点我们就可以判断它们各自力的关系了。

【解析】读图分析可知,上下两只都是定滑轮,只是改变了力的方向,中间一只为动滑轮,因此可知当装置匀速运动时,各力的关系为FB=G,FA=FB+G,所以FA=2G符合题意。

【总结升华】解决此题的关键是要明确图中三只滑轮的性质,根据两人拉力施加的位置分析出各力的大小关系。

4、如图所示的装置中,不计滑轮摩擦,当水平向右的拉力F=5N时,物体恰能匀速的向右运动,求物体所受地面摩擦力的大小。

【思路点拨】由动滑轮的省力情况可知:F自=F轮,在此题中,动力作用在轮上,阻力作用在绳子的自由端。

物体匀速向右运动,说明整个装置处于平衡状态,如图甲所示为动滑轮在水平方向上的受力情况,有向右的拉力F,两段绳子对滑轮向左的拉力

【总结升华】此题很容易错误地得出拉力是摩擦阻力的一半的结论,对于动滑轮,我们不能总是套搬使用动滑轮能省一半力的结论,要根据实际情况具体分析。

5、如图所示,用一细线悬挂一根粗细均匀的轻质细麦秸杆,使其静止在水平方向上,O为麦秸杆的中点,这时有两只大肚皮的蚂蚁同时从O点分别向着麦秸杆的两端匀速爬行,在蚂蚁爬行的过程中麦秸杆在水平方向始终保持平衡,则( )

【思路点拨】蚂蚁爬行过程中,杠杆始终平衡,说明两侧始终满足:动力×动力臂=阻力×阻力臂。

其中F为蚂蚁对杠杆的压力,等于蚂蚁的重量,F=G=mg,由于杠杆在水平方向保持平衡,力臂

【总结升华】本题通过一个新颖情景的设计,考查了对杠杆条件的理解,在蚂蚁爬行的动态过程中,由杠杆平衡条件,判断与其有关的各因素的变化,在分析中要注意杠杆平衡条件是由力与力臂的乘积决定的,而不是由力的大小或力臂的大小决定的。

【变式】如图所示,硬质均匀木条AO长80cm,左端与竖直墙壁连接,可以绕O点自由转动,木条的A端以细绳悬于B点,木条水平BA与木条垂直,现有一个质量为400g的小物块在木条上从O点以0.1m/s的速度无摩擦地向右匀速滑动,经与5s到达C点时,细绳恰好断裂,求:细绳AB所能承受的最大拉力为多少?(木条的质量及物块的体积均忽略不计)

6、杆秤结构简单,使用和携带都很方便,深受人们的青睐,在我国流传已上千年,如图所示,用杆秤测量一条鱼的质量,当秤钩挂在A点,绳钮挂在O点(支点),秤锤挂在B点时,杆秤处于平衡状态,AO是10cm,BO是30cm,秤锤的质量是0.5kg(g=10N/kg)①求鱼的质量是多少?②有一杆秤看起来破旧不堪,尾部折断一截,针对这一现象小明和小亮有不同的看法,小明认为:该商贩是为了节俭,舍不得买新秤,小亮认为:该商贩是故意为之,他的真正目的是坑骗消费者,你认为谁的说法正确呢?请说明理由。

【思路点拨】由图知O点为支点,由已知可得两力的力臂,则由杠杆平衡条件可求得鱼的质量。

②小亮的观点正确,秤的尾部缺少一截支点右侧杆的重心向移动,使零刻点右移,所以称量值的实际值偏大。

【总结升华】杆秤上能自由移动秤砣的位置,秤砣右移,使其力臂加长,增加秤杆顺时针转动的作用,示重加大;反之秤砣左移,示重变小。

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