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首页 初中物理知识 杠杆的动态平衡分析 力臂的画法 滑轮组的设计与组装 试题正文
  • 问答题
    （a）如图甲所示，画出动力F的力臂和阻力F2示意图．
    （b） 请在图乙中画出用羊角锤起钉时所用的最小力F．
    （c） 画出图丙中滑轮组提升重物时最省力的绕法．

    魔方格

    本题信息：物理问答题难度较难 来源:未知
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本试题 “（a）如图甲所示，画出动力F的力臂和阻力F2示意图．（b） 请在图乙中画出用羊角锤起钉时所用的最小力F．（c） 画出图丙中滑轮组提升重物时最省力的绕法．” 主要考查您对

杠杆的动态平衡分析

力臂的画法

滑轮组的设计与组装

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  • 杠杆的动态平衡分析
  • 力臂的画法
  • 滑轮组的设计与组装

杠杆的平衡状态：
       杠杆静止不动或匀速转动都叫做杠杆平衡，注意我们在实验室所做的杠杆平衡条件的实验，是在杠杆水平位置平衡进行的，但在实际生产和生活中，这样的平衡是不多的，在许多情况下，杠杆是倾斜静止的，这是因为杠杆受到平衡力作用。所以说杠杆不论处于怎样的静止，都可以理解成处于平衡状态。


杠杆动态平衡问题：
杠杆动态平衡的几种类型杠杆动态平衡是指构成杠杆的某些要素发生变化,而杠杆仍处于静止状态或匀速转动状态，
分析杠杆的动态平衡时，一般是动中取静，根据杠杆平衡条件，分析比较，得出结论。下面就杠杆动态平衡问题归类分析。

一、 阻力一定，判断动力的变化情况
1、l1不变，l2变化
例1、如图1所示，轻质杠杆可绕O转动，在A点始终受一垂直作用于杠杆的力，在从A转动A/位置时，力F将（）
A、变大
B、变小
C、先变大，后变小
D、先变小，后变大

分析：当杠杆在水平面以下上升到水平面上时，l1不变，l2增大，由，F增大，当杠杆从水平面继续上升过程中，l2减小，所以F减小。
2、l2不变，l1变化
例2、如图2所示，轻质杠杆OA的B点挂着一个重物，A端用细绳吊在圆环M下，此时OA恰成水平且A点与圆弧形架PQ的圆心重合，那么当环M从P点逐渐滑至Q点的过程中，绳对A端的拉力大小将（）
A、保持不变
B、逐渐增大
C、逐渐减小
D、由大变小再变大

分析：当M点从P点滑至Q点的过程中，我们分两个过程分析，
一是从P点滑至竖直位置，动力臂l1逐渐增大（同学们不妨作出这两点的动力臂），由知F逐渐变小；
二是从竖直位置到Q点，动力臂逐渐减小，所以又逐渐增大。故选D。

3、l1与l2同时变化，但比值不变
例3、用图3所示的杠杆提升重物，设作用在A端的力F始终竖直向下，在将重物慢慢提升到一定高度的过程中，F的大小将（）
A、保持不变
B、逐渐变小
C、逐渐变大
D、先变大，后变小

分析：：F始终竖直向下，与阻力作用线平行，分别作出F与G的力臂l1和l2，构建两个相似三角形（同学们不妨在图中作出），可以看出，
为定值，由杠杆平衡条件，，得，所以，F大小不变。

4、l1与l2同时变化
例4、如图4所示，一个直杠杆可绕轴O转动，在直杆的中点挂一重物，在杆的另一端施加一个方向始终保持水平的力F，将直杆从竖直位置慢慢抬起到水平位置过程中，力F大小的变化情况是（）
A、一直增大
B、一直减小
C、先增大后减小
D、先减小后增大


分析：将直杆从竖直位置慢慢抬起到水平位置过程中，l1变小，l2变大，由知，F一直在增大。
二、动力与阻力不变，动力臂与阻力臂变化
例5、如图5所示，用一细线悬挂一根粗细均匀的轻质细麦桔杆，使其静止在水平方向上， O为麦桔杆的中点．这时有两只蚂蚁同时从O点分别向着麦桔杆的两端匀速爬行，在蚂蚁爬行的过程中麦桔杆在水平方向始终保持乎衡，则（）
A、两蚂蚁的质量一定相等
B、两蚂蚁的爬行速度大小一定相等
C、两蚂蚁的质量与爬行速度大小的乘积一定相等
D、两蚂蚁对麦桔杆的压力一定相等

分析：蚂蚁爬行的过程中麦桔杆始终保持乎衡，有，即，所以。故选C。

三、动力臂与阻力臂不变，动力与阻力改变
例6、如图6所示的轻质杠杆，AO小于BO．在A、B两端悬挂重物（同种物质）G1和G2后杠杆平衡．若将G1和G2同时浸没到水中则（）
A、杠杆仍保持平衡
B、杠杆的A端向下倾斜
C、杠杆的B端向下倾斜
D、无法判断

分析：在空气中，杠杆平衡，故有；G1和G2同时浸没到水中，有，说明杠杆仍然平衡。故选A。


杠杆的转动：
      判断杠杆平衡的依据是：“动力×动力臂”是否等于“阻力×阻力臂”。若二者相等，杠杆平衡；若二者不相等，则杠杆不平衡，且杠杆会向“乘积”大的一方倾斜。
例如图所示，杠杆在水平位置处于平衡状态，杠杆上每格均匀等距，每个钩码都相同。下列四项操作中，会使杠杆左端下倾的是(   )

①在杠杆的两侧同时各减掉一个钩码；②在杠杆的两侧钩码下同时各加挂一个相同的钩码；④将杠杆两侧的钩码同时各向外移动一个小格；④将杠杆两侧的钩码同时各向内移动一个小格。
A．①③B．②④C．②③D．①④

解析根据杠杆的平衡条件，当左边力与力臂的乘积等于右边力与力臂的乘积时，杠杆平衡。哪一边乘积大，哪一边下降，可对本题四种情况逐一分析，最后作出判断。

答案B
力臂：
物体绕定轴或定点转动时，由力的作用线至转轴或定点间的垂直距离。
杠杆力臂的画法——一找点、二画线、三作垂线段
1．首先在杠杆的示意图上，确定支点O。

2．画好动力作用线及阻力作用线，画的时候要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。则从支点到垂足的距离就是力臂，力臂用虚线(或实线) 表示并用大括号标明，在旁边标上字母l1或l2，分别表示动力臂或阻力臂。
组装滑轮组的要领：
1、确定“n”。根据题意确定由多少段绳子承担动滑轮重力和物体重力。

2、确定动滑轮个数。
（1）、当n为偶数时，动滑轮的个数是：
（2）、当n为奇数时，动滑轮的个数是：

3、确定定滑轮的个数。口诀：“一动配一定，偶数减一定，变向加一定。”
（1）在不改变施力的方向时，以动滑轮个数为基数，按“一动配一定，偶数减一定”来确定定滑轮的个数。即：一个动滑轮配一个定滑轮；但当n为偶数时，定滑轮的个数等于“动滑轮的个数减一个”。
（2）在需要改变施力的方向时，仍以动滑轮的个数为基数，按“变向加一定”的方法确定定滑轮的个数。即：在“一动配一定，偶数减一定”的基数上，再加上一个定滑轮。

4、组装滑轮组。口诀：“奇动偶定”。确定好了动滑轮和定滑轮的个数后，再确定绳子的起始点。
（1）当n为奇数时，绳子的起始点从动滑轮开始，经定滑轮依次按画螺旋线的方法绕线。
（2）当n为偶数时，绳子的起始点从定滑轮开始，经动滑轮依次按画螺旋线的方法绕线。

滑轮组的绕线问题：
    一般来说，在给滑轮组绕线时，首先要确定承担物重的绳子股数n，然后根据“奇动偶定，由内向外”的原则绕绳。“奇、偶”是指承担物重的绳子股数，“动、定” 是指动滑轮和定滑轮。即如果n是奇数，则绳子起始端在动滑轮的小钩上开始绕起；如果n是偶数，则绳子起始端从定滑轮的小钩上开始绕起。需要注意的是：在绕线时，所画的线要直，并且要与两个滑轮外侧相切；在一般情况下，要在最后一股 (最外层)绳子的末端用箭头标出拉力的方向。在中考中此类问题包括以下几种类型：
(1)已知滑轮组的省力情况
(2)未知滑轮组的省力情况
(3)根据特定要求绕线确定滑轮组绕线时要注意一些特殊的要求，比如 “最省力”、“人要站在地面上”、“向上拉”等，还要符合一定的物理情景。
例1完成图示滑轮组的绕线。

解析：根据绕线规律“奇动偶定”n=3或n=5为奇数，(1)(2)(4)绳子的起点在动滑轮上，n=4为偶数，所以(3)绳子的起点在定滑轮上。
答案：如图

组装滑轮组的方法：
    要正确组装滑轮组，首先要根据题意算出承担物重的绳子的股数n，然后再根据“奇动偶定”的原则组装滑轮组，即当n为奇数时，绳子的起始端系在动滑轮上，当n为偶数时，绳子的起始端系在定滑轮上。
例一条绳子最多能承受1000N的拉力。请设计一个滑轮组，用这条绳子吊起3300N的重物，画出滑轮组安装示意图。
解析：先确定绳子股数：， n的取值应为4；根据“奇动偶定”原则绳子固定端应在定滑轮上，若改变力的方向，绕法如图乙所示；若不改变力的方向，绕法如图甲所示。
答案：


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