初中物理竞赛讲座11:简单机械.pdf
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1、竞赛直通 车 第十 一讲 简单机 械 龚乃新【考点分析】1 全国初中物理竞赛,在“简单机械”这一 章 中,重 点 是 考 查杠 杆 平衡 条 件 的 应用,有 极 少 量 题 目涉 及 滑 轮 问 题 2 难点 主要表 现在:如 何把 实 际 问题 转 化为“杠杆 问题”,即怎样 从 研究 对象 中找 出相 当于杠 杆的那 部 分;准确 地确 定支 点、力 臂、力 的方 向及其 变 化;与密 度、浮力、压强 知识 的综合运用;解 方程 组 【赛题选讲】例 1 (第 三 届 第六 题)硬 钢 片做 成 的瓶 盖 起 子 有 图 l l 一1(a)、(b)两 种 用 法,4、B是 开盖 时起 子
2、与 瓶 盖 接 触 的 两 点,在 瓶 盖 和瓶 口的 接触点 中,D 和 E分 帘 别是 离 手 最 远 和 最 图 1 1 一l 近的两点,开盖时手对起 子施 加 的力 F作 用 在 G点,瓶 口对 瓶 盖 的阻力 可 以认 为作 用 于 瓶 盖 的中心 C点(图 中没有标 出)如果 瓶盖在 打 开 的过程 中没 有 发 生 明显 的弯 折,(1)分别 指 出(a)、(b)两 种 情 况 下 杠 杆 的 支 点;(2)(a)、(b)两种 开盖 方 法 中哪 一 种 比 较 省 力?为 什 么?特点评 析虽 明知 起子 是杠 杆,也配 有 图 示,但要 理解好 阻力、支 点、动力 臂、阻 力
3、臂,如 果没 有用 起子开 盖 的生 活 经验,对题 意及 图示 的理解会有 相当的难度 思路方 法 想 像在 用起 子 开盖 的过 程 中,起子即杠杆上的那一点保持不动(总保持与瓶 口接触),即为支点:弄 清 两种方 法 中 的动力 臂 和阻力臂相对 大小,即可知道那 一种更 省力 解答过 程(1)在 a用法 中,瓶 盖 上 的 B 点最 先 离开瓶 口,D 点保 持 与瓶 口接 触,D 为 支点;在 b用法 中,瓶 盖上 的 A点最 先 离 开瓶 口,E点保持与瓶 口接触,E点 为支点 38 (2)在两种用 法 中,阻 力臂 大 致 相等,而 a 法 中动力臂较长,故省力 例 2(第五届选
4、择 题第 3题)秤 杆上 相邻 刻度 间所 对应的质 量 差是 相等 的,因此 秤杆 上 的刻度()A 是均匀 的 B 从提纽开始 向后 逐渐变密 C 从提纽开 始向后 逐渐变疏 D 与秤杆 的粗细 是否均 匀 有关,以上 三种 情况均 有可能 特点评 析这 属 于“杆 秤 问题”,为此 要 对 杆 秤 原理、零 刻 度 即定 盘 星 的确 定、刻 度原 理 等要熟悉 对此 题,实 质是:刻度线 的长度 与物 体重力(质量)有 什么关 系?思路 方 法 利用杠 杆 的平 衡 条件,推 出 刻 度线 的长度与物重 的关 系式,然 后根据 关 系式 作 出判断 设秤杆重 为 G 盱 囱 ,图1 1
5、2 解答 过程 零 刻度(定 盘星)位置 的确 定:由图 1 1 2甲得,G砣L o 4=G 0 L 0 D;求 出刻 度原理关 系式:由图 1 22乙得,G 物L 0 =G 砣 c+G 0 L D D 整理此 两式 得:G 物L r J =G 砣 L c 即 L a c=(L O B G 砣)G 物 由 于 G 砣、L O B 一 定,所 以 与 G 物 成正 比,即刻 度从零 刻度 开 开始 刻度线的长度 随物重 成正 比变化,故 刻度 应 是 均 匀的,与杆秤 的质 量、是 否均 匀 无关,正 确选 项 为 A 例 3 (第 十 四届 上海 初赛 3 0题)如 图 1 1 3所示 的装置
6、 中,均匀木棒 A B的 端 固定在 铰链 上,悬线 一 端 绕过 某 定 滑 轮,另一 端套 在 木棒上使 木棒保持 水平,现使 线套 逐 渐 向右移 动,但 始终 保 持 木棒 水 平,则 悬 线 上 的拉 力 7 1 (棒 和悬线足够长)A 逐渐变小 初中物理辅导网h t t p:/w w w.w u l i f u d a o.c n/京翰教育中心h t t p:/w w w.z g j h j y.c o m/B 逐渐 变大 C 先逐 渐变大,后又变小 D 先逐渐 变小,后 又变大 特点 评 析 比常规 的杠 杆 平 衡 问 题 多 了 两个转 折 点:绳 经 过定 滑 轮;作 用
7、在 杆 上 的拉 力作用 点 在 变 化,拉 力 方 向在 变 化(但 杆 所受 重力 的作 用 点 及 方 向不 变),使 拉 力 的 力 臂发 生的变化 思路 方 法 重 要 的是 求 出拉 力 与 杆重 关 系 的表 达 式,关 键 是弄 清 拉 力 力臂 的 变 化:选取初始 位 置、移 动 后 某 一 位 置、“终 极”位 置 三种状 态进 行分析 比较 解答过程把木棒 A B看 作 是一 根可 绕 A 端转动 的杠 杆,杠重 G、重 心到 A端 距 离,悬 线 拉力 对 A端力臂 如 图 1 1 3所 示,由杠 杆 平衡条件有 G 血=T L,得 T=血 G L 由图 知,当线 套
8、在 杠上 逐渐 向右 移 动 时,拉 力 的 动力臂 经 历 了先 逐 渐 变 大后 逐 渐 减 小 的 过 程,故拉力 由表达 式 知 是:逐 渐 变小 后 逐 渐 增 大 例 4如 图 1 1 4所 示 是 一 均 匀 薄 板,半 径 R=3 0 c m,先从 圆 形 板 上 挖 出 一个 半 径 r=1 0 c m 图 1 1 4 的内切 圆板,试 求剩 余 的薄板 的重 心 与大 圆圆 心 O的距离 特点评 析这是 一个求 物体 重心 的 问题 问题 中并没有转 动轴,但 由于 圆板 具 有 的对称 性,我 们 可设 想 有 一 个转 动 轴,从 而 应 用杠 杆 平衡 条件来 求解
9、思路方 法 设 想 将挖 去 的小 圆板 放 回原 处,则在大 圆心 处 支起,圆板 平 衡 将 挖孑 L 圆板(重 力为 G ,重心 为 C)和小圆(重 力为 G 2,重 心 为 O )看 作是 固定 在一 轻 质杠 杆 上 的物 体,在支点 O平衡 解答 过程如 图 1 14所示,设 想 将 挖去 的小 圆板 放 回原 处,将 O C看 作 是 一 轻 质 杠 组不是 由一根 绳 子 穿绕 而成;每根绳子 中拉 力不相等 思路方 法 同一根 绳子 中拉 力相等;平衡 问题,合 力为零;灵 活运 用 隔离 法,对 物 体 或滑轮进行受 力分析,列 方程求解 解答过程设 滑 轮 1中绳 子 拉
10、力 为,隔 离 出滑轮 1、滑 轮 2进行 受力 分 析可 知,滑 轮 2 中绳 子拉力为 2 ,滑轮 3中绳子 拉力为 4 7 ,则 对物 体 A、B进行受 力分析 对物体 14有:T=C A;对物体 B有:+2 +4T:G 8,解 此两 式得:G G 8=1 7 【题型及解法要领】初 中物理 竞赛 试题,简 单 机械 的 内容是 竞赛 常 考 内容 之一,涉 及选 择、填 空、问答、计 算等题 型 这一 章的 四种 基本 题 型及 解法 要领 归纳如下:一、“杠 杆 平 衡 条件”的 灵 活运 用 问题 解 这类题思路方法 主要有:1 通 过对题 目分 析,把 实 际问题 转 化 为杠 杆
11、问题或找 出相 当于 杠杆 的那 部 分;2 弄 清支 点、动力和阻力方 向、动力臂 和阻 力臂 的大小,关注力 的方 向及 力臂 的大 小是 否 变化;3 注意 是否要 考 虑 杠 杆 本 身 重 力,画 出“杠 杆”示 意 图;4 由杠 杆平 衡条件列方程求 解未知,或 由求 出的表达式讨论 或 回答 问题,涉 及到二 次平 衡 或要求 出相关 隐含 条件 的,需 要列 出方 程组 联 合求 解 二、“杆 秤 问 题”实 际上 是 杠 杆 平 衡 条 件 应用问题,但 由于竞赛 中涉及此类题 目较多,应作 为 一类 问题 来 研 究 题 目要 求 解 问题 有:杆秤 上 的刻 度 讨论;“
12、缺 斤 短俩”问题(更 换秤砣后 物 体 实 际 质 量计 算 等);物体 和砝 3 9 初中物理辅导网h t t p:/w w w.w u l i f u d a o.c n/京翰教育中心h t t p:/w w w.z g j h j y.c o m/竞赛直通 车 码 交错 放进托盘 天平 的左 右盘 的有关 计算;“密度秤”问题 解此 类 问题要 弄 清或 注意 的两 点是:1 要弄清 杆秤、托 盘天平和“密度秤”制作、秤量原理 和方法;2 注意 秤砣 准确 与 不准确 时 平衡 条 件 的列 式,例 如,准 确称 量 时秤 砣 所 处 位 置、杆 秤 重心 的位 置等 往 往需 要 先
13、 求 出 等 对于“密度秤”,同样是 要 考虑 悬挂 物放 入待 测 液体前、后平衡条件列式 的不 同 三、“重心”问题 主要 包括:根据 杠杆 平 衡条件求均匀 的木 棒、球、圆板等 物 体 的重 心;利用物体重 心概 念及平 衡条 件,判 断 物体 的 翻转、物 体 质 量 和 密 度、用 力 大 小、相 关 长 度 等 解此类 问题要 抓住 以下 三点:1 均匀、规则 物体 的重心 在物 体 的几何 中 心,重 力作用 在重 心,方 向竖直 向下;2 一 个物 体分 为两部 分时,两部 分 重力 乘力 臂(即力矩)相对 于原 物体重 心平衡;根 据题 意灵 活 选择 支点 四、“滑 轮
14、组”问 题 求解 问题 通 常 是 拉 力 或压 力、物体 或 滑 轮重 力 及 相互 关 系 等 解 此 类 问题要抓住:1 同一根绳 子受 力相 同,不 同绳 子 受力 一 般不 同;2 灵活运用隔离法,部分或整体 隔离 出 滑轮、重物 等 进 行 受力 分 析,列 出对 应 的力 或 杠杆平衡关 系式 【巩 固练 习】1 (第 四届填 空题第 7题)列车上 有出售食 品的 手推 车,若货物在 车 内摆放均匀,当前轮遇 到 障碍物 4时(如 图 1 1 6所示),售 货员 向下 按扶 把,这 时 手 推 车 可 以视 为 杠 杆,支点 是(写 出字母);当后轮 遇 到 障碍 物 4时,售货
15、员 向上 提扶 把,这时支点是,手推 车 可视 为 力杠杆 2 (十四届 上海 复 赛 l 6题)在 图 1 1 7中,A B、C D 分 别 表 示 质量均匀、形状 C B 4 相 同 的两块长方形 木板,它们的重均 为 G,长 为,分 别 可 绕 各 自的支 点 0 、0 自 由转 动,且 A O1:01 B=C O 2:02 D=2:1,现将 一根 每节 重 为 P,长度 超过 的链 条 MN 悬挂 在 两板 的 日端 和 D 端,当两木 板 的 日、D 两 端 相距 L 2时,两木板恰好 保持水平平衡,则该 链条 共 由 节 组成,若 将两木 板距 离增 大为 时,A B板将(填“绕
16、0顺 时 针转动”、“仍然保持 水平平 衡”或“绕 0逆 时 针转动”)3 (第 一 届 第 二部 分 选 择题 第 4题)自制 一 个 密 度 秤,其 外 形 跟 杆秤 差 不多(如 图 1 1 8所 示),装 秤 钩 的 地方 吊着 一 个 铁 块,秤砣 放在 4处 时秤杆恰好 平衡,把铁 块浸 没 在待测 密 度 的 液体 中,移 动 秤 砣,便 可直 接 在秤杆上读 出液体 的密度,下 列说 法 中错误 的是()A 密度秤刻度零 点在 4 B 秤杆上较 大刻度在较小 刻度 的左边 C 密度秤 的刻度都在 4点 的右侧 4 (第 六 届 第 八 题)为保 证 市 场 的 公 平 交 易,
17、我 国 已有 不 少 地 区 禁 止 在 市场 中使用 杆 秤 杆秤确实容 易 为不 法 商 贩 坑 骗 顾 客 提 供 可 乘之机,请看下例:秤砣 质 量 为 1 k g,秤 杆 和秤盘 总质 量 为 0 5 k g,定盘 星到 提钮 的距 离 为 2 c m,秤盘 到 提钮 的距离 为 1 0 c m(图 1 1 9)若有 人换 了 一个质量 为 0 8 k g的秤 砣,售 出 2 5 的物 品,物品的实际质量是 多少?5 柔 霉 篇 嚣笑 凹 题)某 同 学 用 托 盘 天I!-!平 测 一 物 体 质 量,测 量完毕后 才发 现错 误 地将物体放在 了右盘,而将砝 码放在 了左盘 因而
18、无法重测,只能根据测量 数据来定值,他 记得 当时用 了 5 0 g、2 0 g和 1 0 g三个砝码,游 初中物理辅导网h t t p:/w w w.w u l i f u d a o.c n/京翰教育中心h t t p:/w w w.z g j h j y.c o m/码位置 如图 1 1 1 0所示,则 该物体 的质 量为()A 81 4 g B 7 8 6 g C 78 2 g D 81 8 g 6 把 一把粗 细均匀 的 1 m长的尺子放 在水平 桌 面上,若 2 5 e m的刻度线 对齐 桌边,这 时尺 子 不动,在 1 5 e m 的刻 度尺上挂 一个 2 5 0 g的砝 码 时
19、,尺子恰好 只对桌边有压 力,且 能保 持平 衡,该尺 的质量 为k g 7 如 图 1 1 1 1所示,要使 滑轮 组保 持 平衡,把、G B必须满 足的条件填写 出来(不计 滑轮 重和摩擦):(1)甲图 G 4:一G 8;(2)乙图:一G 8;(3)丙 图=一G8(甲)(乙)(丙)图 l l l 1 【过关检测】一、选择题 1 (第 1 1届 选 择 题 第 6 题)室 内垃 圾 桶 平 时 桶盖关 闭使垃 圾不 散 发 异 味,使 用 时 用 脚 踩踏板,桶 盖开 启 根 据 室内垃圾 桶 的结 构 图 1 1 1 2 示 意图(如图 1 1 1 2),可以确定()A 桶 中只有一个杠杆
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