初级中学物理杠杆与滑轮典型例题解析.doc
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1、典型例题解析典型例题解析例例 1 (镇江市中考试题)如图 161(a)所示的杠杆重;不计,O为支点,AO0.2m,当在A点悬吊一重 6N的物体,绳子的拉力F3N时,杠杆在水平位置平衡,在图中画出拉力矿的力臂l2,力臂l2为_m(a) (b)图 161如图 161(b) ,画出杠杆OAB示意图,找到支点O,BC为力的作用线,画出力臂l2根据杠杆的平衡条件:GOAFl2代入数值:6N0.2m3Nl2l220.2 m0.4 m答案答案 力臂l2如图 161(b) ,l2为 0.4m例例 2 如图 162(a)是一个均匀直杠杆,O为支点,在A点挂一重 10N的物体,则在B点用 20N的力,可以使杠杆处
2、于水平平衡状态问:(1)若在C点仍用 20N向下的力,杠杆能否平衡?(图中每个格距离相等)(2)若在C点用 20N的力,方向不限,讨论杠杆是否可能平衡?精析精析 F的力臂大小直接关系到杠杆能否平衡解解 (1)力F作用于B点时,杠杆平衡:GAOFOB当力F作用于C点时:GAO10NAO=10N2OB(a) (b)图 162FOC20 N20 B FOCGAO 杠杆不能平衡,C端下沉(2)根据上面的讨论,若C点用力为 20N,但方向不限的话,我们可以采取减小力臂的方法,使杠杆重新平衡如图 162(b) 当F斜着用力时,力臂减小为l2若此时F20N,l2OB大小,则杠杆可以再次平衡答案答案 不能平衡
3、,可能平衡 例例 3 (哈尔滨市中考试题)下图中可视为费力杠杆的是(如图l63) ( )A BC D图 163精析精析 起重机,l1l2,FlF2为费力杠杆其他:手推车、瓶启子、撬杠均是l1l2,为省力杠杆答案答案 A例例 4 (乌鲁木齐市中考试题)如图 164(a)所示,杠杆A处挂一重为 40N的物体,杠杆在拉力F作用下保持平衡O是杠杆的支点请画出拉力F的力臂L并写出杠杆平衡时的表达式(a) (b)(c) (d)图 164如图 164(b)F的力臂为L杠杆平衡时:GOAFL扩展:若CBAOOC,当F方向垂直于CB时,F的力臂为LOA,FG当F沿CB方向时,如图 164(d) F的力臂为L,当
4、LOA时,FG答案答案 如图 164(b) (d) ,平衡时:GOAFL例例 5 (苏州市中考题)杠杆OA在力FA、FB的作用下保持水平静止状态,如图165(a) 杠杆的自重不计,O为杠杆的支点,FB的方向与OA垂直,则下列关系式中一定正确的是 ( )AFAOAFBOB BFAOAFBOBC DFABA FF OBOA OAOBFB(a) (b)图 165精析精析 此题是考查学生对杠杆平衡条件的理解和能否正确地找出力臂如图 165(b) ,画出力FA的力臂为lA,FA和OA的夹角为。根据杠杆的平衡条件:FAlAFBOBFAOA sinFBOB从图中看出:090 sin1要保持杠杆平衡:FAOA
5、FBOB,推得FAOAOBFB答案答案 D例例 6 (长沙市中考试题)在图 166(a)中,画出使用滑轮组提升重物时,绳子最省力的绕法(a) (b)图 166如图 166(b) ,绳子的绕法为最省力,则应从定滑轮开始绕起,最后承担物重的绳子根数为 4 根如何求滑轮组绳子上的拉力?(1)使用滑轮组竖直提起重物第一种情况,在忽略动滑轮重和摩擦及绳重等额外阻力时,绳子自由端拉力:F如图 166(b) ,n4,F nG物4G第二种情况,不计摩擦和绳重,但考虑动滑轮重拉力:F如图 16nGG动物6(b) ,若物体重 500N,动滑轮重 100N,则拉力:F150N4100500NN 第三种情况,又要考虑
6、动滑轮重,又要计摩擦等额外阻力,则应从机械效率去考虑求出拉力公式推导:总有 WWFsGh拉力:F,如图 166(b) ,若物体重 500N,滑轮组机械效率为sGh 70%,s4h,则拉力:F178.6NsGh 47 . 0500 N(2)使用滑轮组平拉重物图 167如图 167,用滑轮组匀速拉动物体A,这时拉力F大小和重量无直接关系在不计滑轮重,滑轮摩擦等额外阻力时,拉力:F,其中f表示A与地面nFnf的摩力n表示与动滑轮连接的绳子根数设:A重 120N,A与地面摩擦力为 30N,则拉力:F10N330N例例 7 (南京市中考试题)利用图 168 中的滑轮组提升重物A(物体A重 1600 N)
7、 ,滑轮组的机械效率为 80%,当物体匀速提升时,作用在绳端的拉力F为_N,如果增大物重,此滑轮组的机械效率 (选填“变大” 、 “变小”或“不变” )图 168精析精析 考查力、功和机械效率之间的关系解解 已知:G1600N,机械效率80%设提升时,物体上升h根据图,拉力上升高度为 S4h F500N总有 WWhFGh 44G 8 . 04 1600 N分析物重对机械效率的影响总有 WW额有有 WWW有额 WW11GhW额11若h、W额不变,G增大,提高答案答案 500N,变大例例 8 (黄冈中考试题)如图 169 所示,物体M放在水平桌面上,现通过一动滑轮(质量和摩擦不计)拉着M向左匀速运
8、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可保持M向左匀速运动,需在绕过动滑轮的绳子的自由端施加一拉力,则F ( )图 169AM运动时受到向左的摩擦力B加放m前,M受到 10N的摩擦力C加放m前,M受到 20N的摩擦力D加放m后,力F,保持 10N不变精析精析 此题考查学生对平拉滑轮组的受力分析,并考查学生对滑动摩擦力随压力增大而增大的知识点未加m之前,拉力F与弹簧测力计的示数相同,也为 10 N用动滑轮匀速拉重物,F,f2F20Nf方向向右C选项是正确的2f加放m后,F ,由于M对地面压力增大,所以摩擦力增大,F也增2f 大,F10N答案答案 C例例 9 在下述情况中
9、,若物体重 100N,则力对物体做了多功?(1)物体沿着光滑的水平面匀速前进了 1 m,求推力对物体做的功(2)物体沿水平面匀速前进了 10m,摩擦力是 20N,求拉力做的功(3)物体沿光滑斜面滑下,斜面高 1 m,长 2m,如图l610 所示,求重力对物体做的功(4)如图 1610,物体从斜面上滑下,求支持力对物体做的功图 1610精析精析 初中阶段研究力做功,主要指下列几种情况:第一种:力和物体运动方向一致,称为力对物体做功第二种:力和物体运动方向相反,可以称为克服某个力做功如向上抛出某个物体,重力方向向下,物体运动方向向上,可以称为克服重力做了功第三种:当某个力和运动方向垂直,则这个力对
10、物体做的功为零解解 (1)水平面光滑,认为摩擦力为零物体匀速前进,推力也为零这时W0(2)物体匀速直线运动,推力Ff(摩擦力)20N,s10m,所以:W20N10m200J(3)物体沿重力方向移动的距离为h,重力做的功WGh100N1m100J(4)如图 1410,物体沿斜面运动,支持力方向与运动方向垂直,物体沿支持力方向没有移动,W0答案答案 (1)W0 (2)W200 J (3)W100 J (4)W0例例 10 (北京市西城区中考试题)图 1611 所示滑轮组匀速提升物体已知物重G240N,拉力F100N,该滑轮组的机械效率是_图 1611精析精析 此题主要考查是否会计算滑轮组的有用功、
11、总功和机械效率解解 有用功:W有Gh240Nhh为物体被提升的高度总功:W总FsF3h100N3hs为拉力移动的距离注意:有 3 根绳子连在动滑轮上,则s3h机械效率:80%总有 WWhNhN 3100240 300240错解错解 有的学生忽略了距离关系,认为总功:W总Fh100Nh按照这个分析,求得100%,结果与实际情况不符 W总W有W额,由于额处功的存在,W有一定小于W总,一定100%答案答案 80%例例 11 (北京市石景山区试题)用动滑轮将 400N的货物以 0.5m/s的速度匀速提高了 2m,绳端的作用力是 250N,则有用功的功率是_W精析精析 题目给了力、距离和速度等多个数据考
12、查学生面对多个量,能否正确地挑选出题目所需要的数值解解 有用功率的概念:P有Gv其中G为物体重,v为物体上升速tW有tGh度P有Gv400N0.5m/s200W扩展:如果求总功率,则有:P总FvtW总 tFsv为拉力F提升速度在此题中,一个动滑轮:s2h,所以v2v1m/s P总Fv250N1m/s250W通过P有和P总,还可以求出这个动滑轮的机械效率答案答案 200W例例 12 (长沙市中考试题)跳伞运动员从空中匀速下落,人和伞的 ( )A动能增加,重力势能减少,机械能不变B动能不变,重力势能减少,机械能减少C动能减少,重力势能增加,机械能增加D动能不变,重力势能不变,机械能不变精析精析 从
13、动能、重力势能、机械能的概念出发去分析问题匀速下落的跳伞运动员,质量和速度不变,动能不变;下落过程中,相对地面的高度减小,重力势能减少;机械能动能势能,动能不变,势能减少,机械能减少答案答案 B例例 13 如图 1612,均匀杠杆下面分别挂有若干个相同的铁块,每小格距离相等,支点在O,此时杠杆已处于平衡状态问:当下面几种情况发生后,杠杆能否再次平衡?(1)两边各减去一个铁块;(2)将两侧铁块向支点方向移一个格;(3)将两边各一个铁块浸没于水中;(4)将两侧所有铁块分别浸没于水中;(5)左侧有两个铁块浸没于煤油中,右侧有一个铁块浸没于水中(煤油密度油0.8103kg/m3) 图 1612精析精析
14、 对于一个已经平衡的杠杆来说,当某个力或力臂发生变化时,若变化的力变化的力臂仍相等,则杠杆仍保持平否则,就失去平衡解解 (1)设一个铁块重G,一个格长度为l,当两侧各减去一个铁块时,对于左端,力力臂的变化G3l,对于右端,力力臂的变化G4l,可见右端“力力臂”减少的多,因而杠杆右端上升,左端下沉,杠杆不再平衡(2)所设与(1)相同,左侧:力力臂的变化4Gl右侧:力力臂的变化3Gl左端力力臂的变化大,减少的力力臂大,因此杠杆左端上升,右端下沉,杠杆不再平衡(3)当两边各有一个铁块浸没于水中时,设一个铁块受的浮力为 F浮,两侧的铁块受的浮力是相同的对于左端:“力力臂”的变化F浮3l对于右端:“力力
15、臂”的变化F浮4l比较两端变化,右端变化大,因为所受浮力方向是向上的,因而杠杆右端上升,左端下沉(4)题目所设与(3)相同, 对于左端:“力力臂”的变化4F浮3l12F浮l对于右端:“力力臂”的变化3F浮4l12F浮l比较两端变化是一样的,因而杠杆仍保持平衡(5)左侧两个铁块浸没于煤油中,设一个铁块体积为 V,则两个铁块受的浮力为:F1油g2V2油gV,右侧一个铁块浸没于水中,铁块受的浮力F2水g V左侧:“力力臂”的变化Fl3l6油gVl右侧:“力力臂”的变化F24l4油gVl将油、水代入比较得:左侧“力力臂”的变化大,因为所受浮力方向是向上的,因而杠杆左端上升,右端下沉答案答案 (1)杠杆
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