中考物理专题复习讲座3杠杆滑轮斜面的原理与应用试题Word下载.docx
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4、探究杠杆的平衡条件
在什么条件下,杠杆才会平衡呢?
下面我们用
实验进行探究。
右图是常用的探究杠杆平衡条件的装置图,共分为四步,先调节杠杆的平衡,接着改变钩码的个数和
力臂的大小连续两次实验,再在左侧改为用测力计斜拉代替钩码,经过几次的实验数据对比,可以得出杠杆的平衡条件:
动力×
动力臂=阻力×
阻力臂,或写为:
F1L1=F2L2
注意:
这个平衡条件就是阿基米德发现的杠杆原理。
杠杆的平衡不是单独由力或力臂决定的,而是由它们的乘积来决定的。
5、使用杠杆的目的
(1)省力:
当动力臂大于阻力臂时属于省力的杠杆,如上图中的撬杠。
(2)、省距离:
当动力臂小于阻力臂时属于费力杠杆,我们用它的目的就是为了省距离,例如人在钓鱼时的钓鱼竿,属于费力杠杆。
需要注意的是,即省力又省距离的杠杆是没有的。
6、曲臂杠杆
在实际当中,杠杆好多都是曲臂的,这时我们要
注意找准它的力臂。
如右图所示的刹车的脚踏板,
常用的指甲剪刀,都是曲臂的杠杆,请你找出
它们的动力臂与阻力臂好吗?
(2)滑轮
1、滑轮的定义与形状
滑轮是轮边有槽,可以绕中心轴转动的轮子,可以组装成动滑轮与定滑轮及滑轮组,如右图所示。
图1为动滑轮,可以省力;
图2为
定滑轮,可以改变用力方向;
图3为
滑轮组,有3段绳子承受重力,图4
也是滑轮组,有2段绳子承受重力,但可以改变用力方向。
2、滑轮的省力规律:
如右图所示,定滑轮实质
是一个等臂杠杆,它的动力
臂等于阻力臂,在不计摩擦
的情况下是不省力的;
如乙
图所示,动滑轮的实质是
一个动力臂为阻力臂2倍
的杠杆,在不计摩擦和轮子自重的情况下,可以省力一半;
在初中,最多只能遇见两动两定组成的滑轮组,如上图所示,在不计轮重、绳子重和摩擦的情况下,动力等于物种的1/5,同时,绳子自由端拉伸的距离,也为货物上升高度的5倍
,请同学们记住这个规律,接下来还会用到。
(三)斜面
简单机械中还有一类就是斜面,也是常见的
省力工具,如右图所示。
可以这样理解,在不计摩擦的情况下,斜面长若是高的n倍,动力F就是物重的
1/n,可见,在公路有上坡时,α角越小时,斜面的长与高的比值就越大,因此越省力,我们想一想,你在实际当中遇见或用过斜面吗?
还有一种可以省力的简单机械----轮轴,比如
去用来打井水的辘轳,我们只作为了解,不去详
细讨论,如右图所示,它实际是一个可以连续
转动的杠杆。
2、夯实小练
同学们,我们上面讨论了几种常见的简单机械,你对简单机械的基础知识可能把握透彻呢?
本讲的知识点可是重点哟,下面我们来上几题,让你们小练一把吧。
1、
如图所示,轻质杠杆的支点在O点,在杠杆A点用力F1竖直向上拉。
请画出拉力F1的力臂和作用在杠杆上阻力F2的示意图。
1题图
2、如图所示的杠杆中,动力的力臂用L表示,图中所画力臂正确的是()
答案:
D;
此题考查我们对力臂理解,从支点到力的作用线的垂直距离。
3、如图所示,物体M放在水平桌面上。
现通过一动滑轮(质量和摩擦均不计)在绳子自由端施加一拉力F,拉着M向左做匀速直线运动,此时弹簧测力计(质量可忽略)示数为10N.若在M上加放一物块m,要保持M向左继续做匀速直线运动,需在绕过动滑轮绳子的自由端施加一拉力F′,则()
A.M运动时受到向左的摩擦力
B.加放m前,M受到20N的摩擦力
C.加放m前,M受到10
N的摩擦力
D.加放m后,力F′保持10N不变
答案B;
解析:
力F通过一个动滑轮拉着M向左匀速运动时,F的大小等于弹簧测力计的示数,并且M受到向左2×
10N=20N的拉力作用,而M受到向右的摩擦力与向左的力为平衡力,因此加放m前M受到20N的摩擦力,故AC错误,B正确;
若在M上加放一个物体m,在绳自由端施加力F′使M和m向左匀速运动,此时物体m不受摩擦力作用,由于物体对地面的压力增大,所以M受到地面的压力增大,故力F′大于10N,故D错误。
4、.如图所示,现将重为5N的物体A沿长1.2m,高0.6m的斜面匀速从底端拉到顶端,在此过程中,F的大小为()牛。
(不计摩擦)
解答:
利用斜面上的省力规律:
1.2:
0.6=F:
G解得:
F=2.5N
(注:
图中的3牛是考虑摩擦是的实际用力)
三、经典呈现:
为了让广大考生对本次课程所涉及到的知识点进一步了解,我们收集了近两年的经典题目,主要是考卷中的压轴题,展示给广大考生,开拓我们的视野,训练我们的发散思维能力,以便轻松应对考试。
1.重为G的均匀木棒竖直悬于O点,在其下端施一水平拉力F,让棒缓慢匀速转到图中虚线所示位置。
在转动的过程中()
A.动力臂逐渐变大
B.阻力臂逐渐变小
C.动力和动力臂的乘积逐渐变大
D.阻力阻力臂的乘积逐渐减小
C;
(1)杠杆在转动的过程中符合杠杆平衡的条件,即阻力为硬棒的重力,大小不变,硬棒在竖直位置时,重力的力臂为0,转过θ角后,重力力臂(阻力臂)逐渐增大,故B错误;
(2)当硬棒在竖直位置时,F的力臂是杠杆的长度,且力臂最长,当杠杆转过θ后,力与杠杆不再垂直,所以动力臂变小,故A错误;
根据杠杆平衡的条件可得,阻力与阻力臂的乘积增大,故动力动力臂的乘积也逐渐变大,故C正确,D错误。
2.如图所示的均匀木条AOB,AO=OB,在O点系一绳并挂起,先使AO保持水平,然后放手,则在刚放手的瞬间,木条将会()
A.A端向上运动
B.A端向下运动
C.保持平衡不动
D.不能确定
B;
解析:
两边木条的重力产生了转动力矩,两重力相等,由图可知,OA边的力臂要大,故OA边的力矩也大,A端将向下运动。
3.同学们共同研究滑轮和滑轮组的特点:
(1)他们研究定滑轮特点时,做的实验如甲图所示,据此可证明:
使用定滑轮可以
__________,但不可以_________。
(2)他们研究动滑轮特点时,用动滑轮匀速竖直提升重物,如乙图所示。
据此可知,使用动滑轮可以_________,但不可以__________。
(3)他们组装了滑轮组时,他们想:
利用滑轮组提升重物能否省力呢?
为此,他们进行的实验如丙图所示。
请根据丙图信息,写出分析数据的具体过程,并回答他们的问题。
答:
______________________________________________________________。
(1)从甲图中可看出,三种拉力情况,每次拉力的方向都不相同。
在实验过程中不断改变拉力的方向,
观察测力计的示数都为1N,等于物重,可得出结论:
定滑轮可以改变力的方向,但不省力。
(2)在图乙中,拉力F=0.6N<G=1N,故使用动滑轮时省力,但不能改变力的方向。
(3)由图可知,物体的重力为2N,测力计的示数为0.8N,故利用滑轮组提升重物能省力。
故答案为:
(1)改变力的方向;
省力;
(2)省力;
改变力的方向;
四、思维拓展
上面我们点出了经典的题型,为了让广大考生检测自己对本次所讲的知识点理解情况,下面列出了几题,让同学们自己去做,拓展我们的思维,看看自己是否能够把握经典的题型,这对完成考卷中的压轴题大有好处呢。
1、如图所示,不计滑轮重与摩擦,物体A质量为2千克,物体B质量为5千克,体积为103厘米3.先用手握住A,待放手后()
A.物体B将沉到杯底
B.物体B将停留在水面下任何地方
C.物体B将离开水面上升
D.物体B最后浮在水面上
解:
GA=mAg=2kg×
10N/kg=20N,GB=mBg=5kg×
10N/kg=50N;
由图可知n=2,不计滑轮重与摩擦,则GA=1/2FB,
∴FB=2GA=2×
20N=40N,
∵物体B浸没在水中,V排=V=103cm3=1×
10-3m3
∴受到的浮力为:
F浮=ρ液gV排=1×
103kg/m3×
10N/kg×
1×
10-3m3=10N。
则物体B竖直向上的合力为F=FB+F浮=40N+10N=50N;
∴F=GB,
∴物体B将悬浮,即可以停留在水面下任何地方。
故选:
B。
2、如图所示,杠杆AOB的A端挂重为GA的物体,B端挂重为GB的物体时,杠杆处于平衡状态,若AO=OB,杠杆自身重力不计,则()
A.GA=GB
B.GA<GB
C.GA>GB
D.无法判断
答案;
B,解析:
同学们易错解:
选A。
题中给出的条件“OA=OB”看似平淡,实则“陷阱”,倘若认为二力的力臂相等,则会得出GA=GB的错误选项,由下图可知,OA>LB,根据杠杆的平衡条件可得B物体重力大。
3、对图所示的几种简单机械,下列说法中,正确的是()
A.甲图所示的装置中OB是动力臂
B.使用乙图所示的装置可省一半力
C.丙图所示的装置是一种等臂杠杆
D.丁图所示的汽车驾驶盘也是一种简单机械
答案;
D;
甲图误把杠杆的长度当成了力臂;
乙图是一个定滑轮,它不省力;
丙图是一个动滑轮,是动力臂为阻力臂二倍的杠杆;
丁图所示的汽车驾驶盘是一个轮轴,它也是一种省力的简单机械。
5、考点梳理
简单机械知识一般都是与机械功综合考查,也有的试卷中的题目只涉及到简单机械知识,比如填空题、选择题、实验探究题。
本讲的内容是必考内容,考分一般占4---8分,很可能出现的实验探究题就是探究杠杆的平衡条件,下面我们来梳理一下本讲常出现的考点。
考点一:
以填空或选择的形式进行常规考查,主要考查我们对杠杆和滑轮基础知识的认知,一般不会太难。
例:
已知作用在某杠杆上的动力是2N,阻力是5N,阻力臂是5cm,为使杠杆平衡,动力臂长________cm,若将阻力增大2.5N,仍使杠杆平衡,不改变力臂长度,动力应增大________N。
12.5cm;
1N;
本题属于基础性考查,中考试卷中基础性题目还是较多的,只有我们细心,一般是不会丢分的。
考点二:
把探究杠杆的平衡条件作为实验题来考查,这种题型难易不能确定,若命题人把它作为常规考查,我们只要吃透课本中的实验过程就行;
如果命题人把它作为稍难题来考查,就可能考到探究杠杆平衡条件的变式,我们可要留心了。
例:
在探究杠杆平衡条件的实验中:
(1)如图甲所示,要使杠杆在水平位置平衡,可将杠杆左端的平衡螺母向调节。
(2)如图乙所示,调节平衡后,左侧挂上钩码,在右侧用弹簧测力计(图中未画出)拉杠杆,使其在水平位置平衡,为便于测量力臂,应使弹簧测力计拉力的方向。
(3)操作过程中,当弹簧测力计的示数达到量程仍不能使杠杆水平平衡,你认为接下来合理的操作是。
(写出一条即可)
(4)甲同学测出一组数据后就得出了“动力×
阻力臂”的结论,乙同学认为他的做法不合理,理由是。
(1)右;
(2)竖直向下;
(3)左侧钩码右移;
(4)一组实验数据太少,具有偶然性,不便找出普遍规律
解析
(1)调节杠杆的平衡时,由图甲杠杆左低右高,应将两端的平衡螺母向右调节;
(2)力臂是支点到力的作用线的垂直距离。
当弹簧测力计拉力方向与杠杆垂直时,拉力作用点到支点的距离就是其力臂,这样便于从杠杆上直接读出力臂,由图杠杆水平平衡时拉力方向应竖直向下;
(3)当弹簧测力计的示数达到量程仍不能使杠杆水平平衡,可以换用更大量程的测力计;
根据杠杆的平衡条件,也可以减少左侧钩码的数量或者左侧钩码右移。
(4)只有一次实验得出杠杆平衡的条件是:
动力×
阻力臂。
这种结论很具有偶然性,不合理,要进行多次实验,总结杠杆平衡条件。
(4)一组实验数据太少,具有偶然性,不便找出普遍规律。
考点三:
以变形的杠杆考查我们,这就需要我们可以找准杠杆的三点与两臂,也比较容易出错。
如图所示,要将一圆柱体重物推上台阶,最小的作用力应是()
A.F1B.F2C.F3D.F4
C;
若在A端施力F,当F的方向与杠杆垂直时动力臂最大,此时最省力,
即:
最小的作用力为F3。
总结:
找到动力作用点A到支点O的最长动力臂(动力的方向垂直于OA连线)是解决问题的关键。
六、真题检验:
亲爱的同学们,上面我们对本讲的考点进行了梳理,你可感觉到简单机械知识在考卷中出现的几率非常大吧,下面我们再来看看近两年中考卷中对上述的知识点是怎么考的吧,请你动笔做一下,对自己进行一次检验吧!
1、(2017中考题)在“探究杠杆的平衡条件”的实验中,小明发现在没有挂物体时,杠杆处于如甲图所示的状态,他应将杠杆两端的平衡螺母向_______(选填“左”或“右”)调节,使杠杆在水平位置平衡,挂上重力均为0.5N的钩码后,再次平衡时如乙图所示,小明得出了杠杆的平衡条件是“动力×
动力臂=阻力×
阻力臂”,小明得出结论的过程中存在的不妥之处是__________________;
如丙图所示,把乙图a点的钩码取下,换用弹簧测力计使杠杆再次平衡时,发现其示数大于0.5N,根本原因(直接观察到的不属于根本原因)是________________;
采用丁图的装置进行探究,发现当杠杆水平平衡时,与其他同学得出的结论不相同,其主要原因是__________。
【解析】解:
(1)图甲可知,杠杆的右端上翘,应将杠杆的平衡螺母向右调节,使杠杆处于水平位置平衡,这样做便于测量力臂,并能消除杠杆自身重力的影响;
(2)在实验中,只通过一次测量,数据具有偶然性,不具有普遍性。
因此,这样得出的结论不合理;
(3)若拉力F向右倾斜时,此时F的力臂变短,根据杠杆的平衡条件,阻力和阻力臂一定,动力F的力臂变短,则动力F变大;
(4)利用如图丁所示装置进行探究,杠杆的重心没有通过支点,杠杆的自重对杠杆平衡有影响。
右;
只通过一次测量,数据具有偶然性,不具有普遍性;
动力F的力臂变短;
杠杆自身的重力对实验有影响。
2.(2017中考题)在探究“杠杆平衡条件“实验中,杠杆在力F作用下水平平衡,如图所示,现将弹簧测力计绕B点从a位置转动到b位置过程中,杠杆始终保持水平平衡,则拉力F与其力臂的乘积变化情况是()
A.一直变小B、一直变大
C.一直不变D.先变小后变大
将测力计绕B点从a位置转动到b位置过程中,钩码的重力不变,其力臂OA不变,即阻力与阻力臂的乘积不变;
由于杠杆始终保持水平平衡,所以根据杠杆的平衡条件可知,拉力F与其力臂的乘积也是不变的。
3、(2018中考题)如图所示,滑轮重及滑轮转动时的摩擦均不计。
向上拉绳的速度是1.2m/s,拉绳的力F是9N.由此可知()
A.物重是27N,物体的速度是0.4m/s
B.物重是18N,物体的速度是0.6m/s
C.物体受到的摩擦力是27N,物体的速度是0.4m/s
D.物体受到的摩擦力是18N,物体的速度是0.6m/s
本题滑轮组做功是克服摩擦力做功,有3段绳子承担拉力,因此物体受到的摩擦力是f=3×
9N=27N;
物体移动的速度:
v=1.2m/s3=0.4m/s。
4、(2016中考题)如图所示,摩擦不计,滑轮重2N,物重10N.在拉力F的作用下,物体以0.4m/s的速度匀速上升,则()
A.F=5N,F向上的速度是0.2m/s
B.F=7N,F向上的速度是0.2m/s
C.F=6N,F向上的速度是0.8m/s
D.F=22N,F向上的速度是0.2m/s
本题是动滑轮的特殊使用方式,考虑滑轮的重力,即力F等于物重的2倍再加上滑轮的重力,
F=2×
G物+G滑轮=2×
10N+2N=22N;
力F移动的距离是物体移动距离的二分之一,故力F移动的速度是物体上升的速度的二分之一,即F上升的速度是0.4m/s÷
2=0.2m/s
七、易错点拨
同学们,简单机械与我们的生活实际紧密相关,在生产建设中随处可见,属于必考内容,分值也不低;
我们在做此类题目时很容易出错,要求我们对基础知识点理解透彻,答题时要特别谨慎,下面我没来进行点拨,助力你拿到高分哟!
误区一:
对杠杆的力臂把握不准,导致答题出错。
如图所示,用一始终与木料垂直的力将木料的一端匀速提起,在这个上升的过程中,力F()
A.变大B.变小C.不变D.无法确定
B;
动力始终与木料垂直,因此动力臂不变,但随着木料右端抬起,阻力臂变小,而阻力不变,由杠杆的平衡条件可知,动力变小。
部分同学把握不准在此过程中,阻力臂处于变化状态,误认为不变,会错误的选择C。
误区二:
对杠杆的平衡条件理解不准,导致答题错误。
如图(a)所示的杠杆是平衡的,在此杠杆支点两侧的物体下方分别加挂一个物体,如图(b)所示,那么,以下说法中正确的是()
A:
杠杆仍然平衡B:
杠杆是否平衡与加挂物体的重力多少有关
C:
杠杆一定不能平衡D:
两侧加挂物体的重力相等时杠杆才能平衡
由a知,杠杆此时处于平衡状态,L右>L左,当物体下方分别加挂一个相同的物体时,两边力和力臂的乘积都会增加,设小球的重力为G,每节杠杆的长度为L,计算出两边力和力臂乘积的增大值,则:
左边=G×
2L,右边=G×
4L,右边增大的力和力臂的乘积较大,所以杠杆不平衡,将向右倾斜;
由分析知,两边所挂物体的重力,影响力和力臂乘积的大小,也就是说杠杆是否平衡与加挂物体的重力多少有关,所以D错误。
故选B。
误区三:
定滑轮、动滑轮都是一个变形的杠杆,如下图所示,利用定滑轮提升重物时由于动力臂始终是滑轮的半径,所以图中沿三个方向用力都是一样。
而有的同学以此类推拓展到动滑轮,误认为在下图中利用动滑轮提升重物时,沿着两个方向用力也是一样,即错误答题F1=F2,我们以后在解答类似题目时可要留神哟。
如图所示,若在不计摩擦的情况下把物体匀速向上提起,则拉力F1与F2相比较()
A.F1较小B.F2较小C.F1与F2一样大D.无法确定
A;
如图所示:
F1的力臂L大于F2的力臂L′,由于提起的重物一定,根据杠杆平衡的条件,阻力和阻力臂的乘积一定,动力臂越长,动力越小.故F1较小。
可见,利用动滑轮最省力的做法是:
让拉力方向为力的作用线与直径垂直,因为这时力臂最大,要记住了。