中考科学简单机械和能专题复习.docx

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中考科学简单机械和能专题复习

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科学探究：

杠杆的平衡条件

智能提要

问：

怎样正确理解力臂的概念？

答：

关于力臂的概念，要注意以下几点：

（1）力臂是支点到力的作用线的距离，从几何上来看，是“点”到“直线”的距离。

其中“点”为杠杆的支点；“线”为力的作用线，即通过力的作用点沿力的方向所画的直线。

（2）某一力作用在杠杆上，若作用点不变，但力的方向改变，那么力臂一般要改变。

如图所示，力F的大小一样，由于作用在杠杆上A点的方向不同，力臂就不同．（a）图中F的力臂l比（b）图中F的力臂lˊ大．

（3）力臂不一定在杠杆上，如图所示．

（4）若力的作用线过支点，则它的力臂为零．

问：

你能总结一下画力臂的一般步骤吗？

答：

可按下述步骤画力臂：

（1）首先确定支点O．

（2）画好动力作用线及阻力作用线．画的时候可用虚线将力的作用线延长．

（3）再从支点O向力的作用线引垂线，画出垂足，则支点到垂足的距离就是力臂．

（4）最后用大括号勾出力臂，在旁边标上字母l1或l2，分别表示动力臂或阻力臂。

智能归例

题型一会确认并画出杠杆的动力臂和阻力臂

例如图甲所示，杠杆OA处于平衡状态，在图中分别画出力F1和F2对支点0的力臂L1和L2。

闯关点拨再次提醒：

画力臂时必须注意力臂是“支点到力的作用线的距离”，而不是“支点到力的作用点的距离”。

答如图乙所示

[变形题1]如下图甲所示，杠杆OA在力F1、F2的作用下处于静止状态，L2是力F2的力臂．在图中画出力F1的力臂L1和力F2．

闯关点拨根据已知的力臂画力时，力的作用线应与力臂垂直，且要注意力的作用点应画在杠杆上．

答如上图乙所示

[变形题2]如下图甲所示的钢丝钳，其中A为剪钢丝处，B为手的用力点，O为转动轴，图乙为单侧钳柄及相连部分示意图，请在图乙中画出剪钢丝时的动力F1、阻力F2、动力l1、阻力臂l2。

闯关点拨动力作用在B点，方向竖直向下，阻力作用在A点，方向竖直向下。

表示F1的线段应比表示F2的线段短一些，因为钢丝钳是省力杠杆．

答如图丙所示

题型二有关探究杠杆平衡条件的实验题

例1某同学用如图8-1所示装置验证杠杆的平衡条件，所用的4只钩码每只质量都是50g，在图示情况时，杠杆AB处于水平平衡状态，这时弹簧秤的读数为2.80N．设F1的力臂为l1，F2的力臂l2，则

．若在杠杆左端钩码下方增加一个相同的钩码，重新调节弹簧秤对杠杆右端拉力的方向后，使杠杆AB再次恢复水平平衡，则这时弹簧秤的拉力与对应力臂的乘积应是未增加钩码前弹簧秤的拉力与对应力臂乘积的____倍．

闯关点拨图所示的杠杆平衡时，应满足F1l1=F2l2，

则

．增加钩码后，再次平衡时，由杠杆的平衡条件得F1ˊl1ˊ=F2ˊl2ˊ，那么

．

答7/105/4

例2在如图8-2所示的实验装置中：

①实验前没有挂钩码时，发现杠杆左端下倾，应将杠杆右端螺母向_______（左或右）边旋一些，使杠杆在水平位置平衡。

②实验时只有8个相同的钩码，杠杆上每格等距，当在A点挂4个钩码时，则怎样挂钩码可以使杠杆在水平位置平衡？

（请设计两种方案）

答：

①_______________________________

②____________________________。

闯关点拨解题的关键是依据杠杆的平衡条件，看左、右两边的力和力臂的乘积是否相等．

解

（1）右

（2）①2个钩码挂在“6”处；②3个钩码挂在“4”处．

题型三有关杠杆的动态平衡问题

例1如图8-3所示，用始终与杠杆垂直的力F，将杠杆缓慢地由位置A拉至位置B，阻力G的力臂，动力F。

（填“变大”或“变小”“不变”）

闯关点拨关键是要先弄清哪些是不变量，哪些是改变量，再根据杠杆的平衡条件作出判断

分析和解分别画出杠杆在A、B两位置的阻力G的力臂可看出，阻力臂lG将变大，由于F的方向始终与杠杆垂直，所以F的力臂始终等于杠杆长，故F的力臂lF不变。

根据公式

答变大变大

[变形题]如图8-4所示，一根重木棒在水平动力（拉力）Ｆ的作用下以Ｏ点为轴，由竖直位置逆时针匀速转到水平位置的过程中，若动力臂为l，动力与动力臂的乘积为Ｍ，则（）

A．Ｆ增大，ｌ增大，Ｍ增大

B．Ｆ增大，ｌ减小，Ｍ减小

C．Ｆ增大，ｌ减小，Ｍ增大

D．Ｆ减小，ｌ增大，Ｍ增大

分析和解如图中由竖直位置转到水平位置的过程中，动力臂L逐渐减小，而木棒的重不变，重力的力臂LG逐渐增大．由杠杆的平衡条件M=FL=GLG，而水平动力F=

，由上述两式可知M增大，L减小，F增大。

答选C

例2如图8-5所示，O为杠杆AC的支点，在O处挂一小球，AO=OB=BC，为使杠杆在水平位置平衡，画出施加在杠杆上最小动力F1的力臂L1：

，并标出F1的方向。

闯关点拨由杠杆的平衡条件：

F1l1=F2l2知，在阻力和阻力臂不变的情况下，要想用的动力最小，则要求动力臂最大。

动力臂最长的条件：

①作用在杠杆上的动力的作用点离支点最远；②动力的方向与支点跟作用点的连线垂直．

解最小动力F1应在离支点最远的C点，最长的动力臂应为OC，F1的方向应垂直于OC向上，如图8-6所示．

题型四杠杆平衡条件的应用

例1如图8-7所示是一个指甲刀的示意图，它由三个杠杆ＡＢＣ、ＯＢＤ和ＯＥＤ组成，用指甲刀剪指甲时，下面说法正确的是（）

A．三个杠杆都是省力杠杆

B．三个杠杆都是费力杠杆

C．ＡＢＣ是省力杠杆，ＯＢＤ、ＯＥＤ是费力杠杆

D．ＡＢＣ是费力杠杆，ＯＢＤ、ＯＥＤ是省力杠杆

闯关点拨根据杠杆的平衡条件，省力杠杆的特点是L1＞L2，费力杠杆的特点是L1＜L2．

分析和解对ABC杠杆，B是支点，由图中不难看出动力臂大于阻力臂，故为省力杠杆；对OBD杠杆，O是支点，阻力作用与D，动力作用于B，故动力臂小于阻力臂，为费力杠杆；对OED杠杆，阻力作用于D，动力作用于E，故动力臂小于阻力臂，为费力杠杆．

答选C

[变形题]如图8-8是自卸车的示意图，车厢部分视为杠杆，则下列分析正确的是（）

A．B点是支点，液压杆施的力是动力，货物重是阻力B．B点是支点，物体A放在车厢前部可省力

C．C点是支点，物体A放在车厢后部可省力D．C点是支点，物体A放在车厢前部可省力

分析和解在卸车时，车厢（杠杆）将绕着图中C点（支点）转动，而使车厢（杠杆）转动的动力是液压杆施的竖直向上的力，阻碍车厢（杠杆）转动的阻力是竖直向下的货物重力。

若要使杠杆省力（即动力＜阻力），应有CA＜CB，也就是说货物A应放在车厢后部。

答选C

例2一把杆秤不计自重，提纽到秤钩距离是4cm，秤砣质量250g．用来称质量是2kg的物体，秤砣应离提纽多远，秤杆才平衡？

若秤杆长60cm，则这把秤最大能称量多少kg的物体？

（如图8-9所示）

闯关点拨杆秤也是一个杠杆．提纽处看作杠杆支点．若将重物对杆的力看作动力F1，物体离提纽的距离就是动力臂l1；则秤砣对杆的力就是阻力F2，秤砣离提纽的距离是阻力臂l2．（如图8-10所示）

解由于物体和秤砣对杠杆的力分别等于各自的重力，

　　根据杠杆平衡条件：

F1L1=F2L2，　　 

 得 m1gl1=m2gl2

　　   2kg×g×4cm=0.25kg×g×l2　　 l2=32cm

　　   即称2kg物体时秤砣离提纽32cm．

　　   当阻力臂最大时，称量物体质量最大．l2'=56cm

　　   由F'1'l1=F2l'2，得m1'gl1=m2gl2'　　 m1'×g×4cm=0.25kg×g×56cm

　　   m1'=3.5kg

　　   即秤的最大称量是3.5kg．

答称2kg物体时秤砣离提纽32cm，秤的最大称量是3.5kg．

例3一根杠杆两端挂有等重的实心铜块和铁块,当它们都浸没在水中时,杠杆恰好平衡,现将铜块和铁块同时从水中取出,则杠杆将（）

A．铜块端向下运动B．铁块端向下运动

C．杠杆仍然平衡D．条件不足,无法判断

闯关点拨铜块和铁块浸没在水中时,竖直方向上受到竖直向下的重力G、竖直向上的浮力F浮.和杠杆向上的拉力F.由力的平衡关系可分别求出铜块和铁块所受的拉力．

解F铜＝G铜－F浮铜＝G铜－ρ水gV铜……①

F铁＝G铁－F浮铁＝G铁－ρ水gV铁……②

根据密度关系可得：

V铜＝

＝

，V铁＝

＝

代入①、②两式可得：

F铜＝G铜－

＝G铜（1－

）……③

F铁＝G铁－

＝G铁（1－

）……④

铜块与铁块浸没在水中时杠杆平衡，则由杠杆平衡条件可得:

F铜·l1＝F铁·l2.

由③式与④式可知,∵G铜＝G铁,ρ铜＞ρ铁.

∴F铜＞F铁.因此l1＜l2即铜块的力臂小于铁块的力臂.

则由水中取出铜块和铁块,在不受浮力作用时:

G铜·l1＜G铁·l2.

说明铁块这端应向下转动.

答选B

智能提要

问：

关于滑轮组，我们应该知道些什么？

答：

使用滑轮组,应注意两个关系式:

（1）F＝

．式中G在不计动滑轮重和摩擦时,表示被提起的重物的重;在不计摩擦时,则表示重物与动滑轮的总重.

式中n表示承担重物重（或重物与动滑轮总重）G的绳子的股数.

（2）s=nh．

式中h为重物被提升的高度n仍表示承担重物重（或重物与动滑轮总重）G的绳子的股数.

问：

用什么简单的方法可以来确定承担物重的绳子的股数？

答：

可以采用这样的方法：

（1）首先要分清哪是定滑轮，哪是动滑轮；

（2）在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，看跟动滑轮相连的绳子有几股，那么n就是几．在图甲中我们用虚线把重物和动滑轮从滑轮组隔离，以重物和动滑轮为研究对象，有四根绳子承担动滑轮及重物，所以用力F=

。

同理，分析乙图可知，提起重物及动滑轮的力F=

。

问：

在组装滑轮组时，应该怎样绕线？

答：

下面介绍一种简单的方法：

（1）当n为奇数时，绳子的起始端应固定在动滑轮的框架钩上，然后依次绕过滑轮；

（2）当n为偶数时，绳子的起始端应固定在定滑轮的框架钩上．

智能归例

题型一能正确判断滑轮组的省力情况

例1如图8-37所示表示三种不同的滑轮组，用它们提起重为G的相同重物，在A端所用的拉力分别为

        ；

       ；

         。

不计滑轮本身的重和摩擦．

闯关点拨判断使用滑轮组时所用的力F的大小，关键是看几段绳子通过滑轮组拉着物体，即有几段绳子承担物体的重，不能根据动滑轮的个数来判断省力的大小，也不能根据滑轮的总数来判断省力的大小．

分析和解①在图A中，有三段绳子拉着物体，

，②在图B中，有四段绳子拉着物体

，③在图C中，有五段绳子拉着物体，

答

，

，

 例2如图8-38所示，用滑轮组拉着重物在水平地面上匀速前进，在绳的端点A的作用力

N，重物与地面间的摩擦力

为多大？

将重物移动的距离为

m，绳端A移动的距离为多少？

不计滑轮本身的质量以及轴与轮间的摩擦？

闯关点拨由图中可见对于滑轮组，右侧为定滑轮，左侧直接拉物体的是动滑轮，与此动滑轮连接的绳子段数有三段，每段绳子的拉力是F，所以动滑轮拉物体力

．对被拉物体再进行受力分析可知，重物在水平方向上受到滑轮组对它的拉力和地面的摩擦力，又由于重物沿水平面匀速运动，因此摩擦力与拉力大小相等．所以，滑轮对重物的作用力大小等于重物所受地面对