简单机械是初中物理力学的重要知识点,也是中考的重要考点,本文就例题详细解析杠杆与滑轮组的力学综合题的重要知识点和解题思路,希望能给新初三学生的暑假复习提供帮助。
重要知识点
杠杆原理的运用方法
动力×动力臂=阻力×阻力臂,其中动力臂、阻力臂都是支点到力的作用线的垂直距离,题目中给出力臂间的数量关系,就可以求解动力、阻力之间的数量关系。
动滑轮自重的求解方法
把所有动滑轮看作一个整体,对其进行受力分析,根据物体受力平衡的条件,得到动滑轮的自重与作用在动滑轮上的各个力之间的数量关系。
例题
如图所示为一种蓄水箱的放水装置,人站在地面上就可以控制蓄水箱进行放水。AOB是以O点为转轴的轻质杠杆,AB呈水平状态,AO= 120cm,BO= 40cm。A点正下方的Q是一个重为10N、横截面积为100 cm的盖板(盖板恰好能堵住出水口),它通过细绳与杠杆的A端相连。在水箱右侧的水平地面上,有一质量为60kg的人通过滑轮组拉动系在B点呈竖直状态的绳子,可以控制出水口上的盖板。若水箱中水深为30cm,当盖板恰好要被拉起时,人对绳子的拉力为F1,水平地面对人的支持力为N1,;若水箱中水深为70cm,当盖板恰好要被拉起时,人对绳子的拉力为F2,水平地面对人的支持力为N2。已知N1与N2之比为55:51,盖板的厚度、绳重及绳与滑轮间的摩擦均可忽略不计,人对绳的拉力与人所受重力在同一直线上,g取10N/kg。求:
(1)当水箱中水深为70cm时,盖板上表面所受水的压强。
(2)动滑轮的总重。
1、当水箱中水深为30cm时
对盖板进行受力分析,在竖直方向上受到竖直向下的重力G、水对盖板的压力F压和竖直向上的拉力F拉;
根据物体受力平衡的条件:盖板静止,处于平衡状态,则在竖直方向上的受力和为零,即G+F压=F拉;
根据液体压强的计算公式和题目中的条件:P=ρgh,h=30cm,则P=3×10Pa;
根据压力的计算公式和结论:F压=PS,P=3×10Pa,S=100cm,则F压=30N;
根据结论:G+F压=F拉,F压=30N,G =10N,则F拉=40N;
对人进行受力分析,在竖直方向上受到竖直向下的重力G人和竖直向上的拉力F1、地面对人的支持力N1;
根据物体受力平衡的条件:人处于静止的平衡状态,则在竖直方向上的受力和为零,即G人=F1+N1;
根据重力的计算公式:G人=m人g,m人=60kg,则G人=600N;
根据结论:G人=F1+N1,G人=600N,则F1= G人- N1=600-N1;
根据杠杆平衡条件和题目中的条件:AO= 120cm,BO= 40cm,AO×F拉=BO×F动,则F动=120N;
把所有动滑轮看作一个整体,对其进行受力分析,在竖直方向上受到竖直向上的拉力3F1和竖直向下的拉力F动、动滑轮的总重G动;
根据物体受力平衡的条件:动滑轮处于静止平衡状态,则动滑轮在竖直方向上受力和为零,即3F1=F动+G动;
根据结论:F1=600-N1,F动=120N,则G动=3F1- F动=1800-3N1-120=1680-3N1,即N1=(1680-G动)/3;
2、当水箱中水深为70cm时
对盖板进行受力分析,在竖直方向上受到竖直向下的重力G、水对盖板的压力F压’和竖直向上的拉力F拉’;
根据物体受力平衡的条件:盖板静止,处于平衡状态,则在竖直方向上的受力和为零,即G+F压’=F拉’;
根据液体压强的计算公式和题目中的条件:P’=ρgh,h=70cm,则P’=7×10Pa;
根据压力的计算公式和结论:F压’=P’S,P’=7×10Pa,S=100cm,则F压’=70N;
根据结论:G+F压’=F拉’,F压’=70N,G =10N,则F拉’=80N;
对人进行受力分析,在竖直方向上受到竖直向下的重力G人和竖直向上的拉力F2、地面对人的支持力N2;
根据物体受力平衡的条件:人处于静止的平衡状态,则在竖直方向上的受力和为零,即G人=F2+N2;
根据杠杆平衡条件和题目中的条件:AO= 120cm,BO= 40cm,AO×F拉’=BO×F动’,则F动’=240N;
对动滑轮进行受力分析,在竖直方向上受到竖直向上的拉力3F1’和竖直向下的拉力F动’、动滑轮的自重G动;
根据物体受力平衡的条件:动滑轮处于静止平衡状态,则动滑轮在竖直方向上受力和为零,即3F2=F动’+G动;
根据结论:F2=600-N2,F动’=240N,则G动=3F2- F动’=1800-3N2-240=1560-3N2,即N2=(1560-G动)/3;
根据题目中的条件和结论:N1:N2=55:51,N1=(1680-G动)/3,N2=(1560-G动)/3,则(1680-G动)/3:(1560-G动)/3=55:51,即G动=30N;
所以,当水箱中水深为70cm时,盖板上表面所受水的压强P’=7×10Pa,动滑轮的总重G动=30N。
结语
简单机械力学综合题的解题思路:
选取合适的物体作为受力分析对象,根据物体受力平衡条件,得到各个力之间的数量关系;
根据杠杆平衡原理及对动滑轮的受力分析,得到各简单机械系统内各个力之间的数量关系;
利用题目中的条件和数学代数式的变换方法,根据题目需要求解的量进行计算。