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槓桿問題是八年級物理的重要知識點,考試中經常會碰到槓桿與力學知識相結合的綜合題型,本文重點講解這類題型的解題思路和方法,希望能給同學們的複習備考提供幫助。
例題1
光滑的長木板AB長為1.6m,可繞固定點O轉動,離O點0.4m的B端掛一重物G,板的另一端A用一根與板成90°角的細繩AC拉住,處於平衡狀態,這時此繩拉力為2N,如圖所示,現在轉軸O放一質量為240g的圓球,並使球以20cm/s的速度由O點沿長木板向A端勻速滾動,問小球由O點經過多長時間,系在A端的細繩拉力剛好減為0?
根據題目中的條件:AB=1.6m,BO=0.4m,AB=BO+AO,則AO=1.2m。
根據槓桿的平衡條件、題目中的條件和結論:F1*AO=G*BO,OB=0.4m,OA=1.2m,F1=2N,則鋼絲繩作用在槓桿C點的力G=6N。
根據重力的計算公式:G球=m球g,m球=240g,則G球=2.4N。
根據題目中的條件:系在A端的細繩拉力剛好減為0,則F1=0。
根據槓桿的平衡條件、題目中的條件和結論:G球*L1+F1*AO=G*BO,G球=2.4N,G=6N,F1=0,BO=0.4m,AO=1.2m,則L1=1m。
根據路程的計算公式、題目中的條件和結論:L1=vt,L1=1m,v=20cm/s=0.2m/s,則小球從O點出發運動的時間t=L1/v=5s。
例題2
如圖所示,是某課外小組設計的鍋爐保險閥門裝置示意圖。A是圓柱體閥門,懸掛圓柱體閥門的細鋼絲繩從排氣管D穿出,排氣管的橫截面積S1=2cm2,鍋爐正常工作時圓柱體閥門被排氣管D壓在如圖所示位置;BC是輕質槓桿,當蒸汽壓強超過安全值時,圓柱體閥門A被水蒸汽向下壓離開排氣管口,水蒸汽沿排氣管口排出以保障鍋爐的安全,當蒸汽壓強低於安全氣壓時,圓柱體閥門上升賭注排氣管口。鍋爐內安全氣壓值為p=1.3×105Pa,已知圓柱體閥門A的質量m=500g,底面積S2=10cm2,外界大氣壓p0=1.0×105Pa,BO:BC=1:5。求:(整個裝置的摩擦不計,g=10N/kg)
(1)鍋爐內剛好為安全氣壓時,水蒸氣對閥門A的壓力;
(2)為使鍋爐安全,在槓桿C點通過定滑輪懸掛鐵錘的質量。
1、計算水蒸氣對閥門A的壓力
根據題目中的條件:S=S2-S1,S1=2cm,S2=10 cm,則水蒸氣對圓柱體閥門A施加壓力的受力面積是S=8 cm。
根據壓力的計算公式和結論:F壓=PS,P=1.3×10^5Pa,S=8 cm=0.0008m,則水蒸氣對圓柱體閥門A施加的壓力F壓=104N。
2、計算鐵錘的質量
對圓柱體閥門A進行受力分析,在豎直方向上受到豎直向下的重力G、水蒸氣對閥門的壓力F壓、大氣壓力F0和豎直向上的大氣壓力F0』、鋼絲繩的拉力F拉。
根據物體受力平衡的條件:圓柱體閥門處於靜止狀態,即為平衡狀態,在豎直方向上受力和為零,則G+F壓+F0= F0』+F拉。
根據重力的計算公式和題目中的條件:G=mg,m=500g=0.5kg,則G=5N。
根據壓力的計算公式:F0=P0S1,F0』= P0S2,S1=2cm=0.0002 m,S2=10 cm=0.001 m,P0=1.0×10^5Pa,則F0=20N,F0』=100N。
根據結論:G+F壓+F0= F0』+F拉,F0=20N,F0』=100N,G=5N,F壓=104N,則鋼絲繩的拉力F拉= G+F壓+F0- F0』=29N。
根據定滑輪的特點和結論:定滑輪可以改變力的方向,不改變力的大小,F拉=29N,則鋼絲繩作用在槓桿B點力F1= F拉=29N。
根據題目中的條件:BO:BC=1:5,BC=BO+CO,則BO:CO=1:4。
根據槓桿的平衡條件和結論:F1*BO=F2*CO,BO:CO=1:4,F1=29N,則鋼絲繩作用在槓桿C點的力F2=7.25N。
根據定滑輪的特點和結論:定滑輪可以改變力的方向,不改變力的大小,F2=7.25N,則鐵錘的重力G』=F2=7.25N。
根據重力的計算公式和結論:G』=m』g,G』=7.25N,則鐵錘的質量m』= G』/g=0.725kg。
結語
槓桿問題的解題思路:
選取合適的受力對象,對槓桿兩端的受力情況分別進行分析。
根據物體受力平衡的條件,得到受力對象所受的力之間的數量關係。
根據各力的計算公式,對公式中涉及的相關物理量進行求解。
根據槓桿平衡的條件,得到助力、動力、阻力臂、動力臂中需要求解的量。