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簡單機械是初中物理的重要知識點,簡單機械的力學綜合題具有相當大的難度,是物理期末考試的難點,本文就例題詳細解析這類題型的解題思路,希望能給大家的期末複習備考帶來幫助。
例題
邊長為0.1m質量均勻的正方體物體M,放在水平地面上對地面的壓強為5.0×10 Pa。如圖所示裝置,橫杆可繞固定點O在豎直平面內轉動,系在橫杆B 端的細繩通過動滑輪連著物體M,用力F在A點豎直向上提橫杆時,橫杆在水平位置平衡,此時物體M 對地面的壓強為1.6×10 Pa,若仍用力F在距離A點0.1m處豎直向上提橫杆,使橫杆仍在水平位置平衡,此時物體M對地面壓強為1.0×10 Pa,已知橫杆長OB=0.8m,OA=0.6m,g取10N/kg,不計橫杆質量、繩質量和摩擦。求:
(1)物體M的質量;
(2)力F的大小;
(3)動滑輪的質量。
1、求物體M的質量
物體M放在水平地面上
對物體M進行受力分析,在豎直方向上受到豎直向下的重力G和地面對它的支持力N1。根據物體受力平衡的條件,物體M處於平衡狀態,在豎直方向上受力和為零,則G=N1。
根據面積的計算公式和題目中的條件:S=d,d=0.1m,則S=0.01m。
根據壓力的計算公式和題目中的條件:F1=P1S,P1=5.0×10 Pa,S=0.01m,則物體M對地面的壓力F1=50N。
根據作用力與反作用力的關係和結論:物體M對地面的壓力F1與地面對物體M的支持力N相等,F1=50N,則N1=F1=50N。
根據結論:G=N1,N1=50N,則物體M的重力G=50N。
根據重力的計算公式和結論:G=mg,G=50N,則物體M的質量m=5kg。
2、求力F的大小
物體M與動滑輪相連
(1)當F作用在A點時
把物體M與動滑輪作為一個整體進行受力分析,在豎直方向上受到豎直向下的重力和(物體M的重力G、動滑輪的重力G動)、豎直向上的2股繩的拉力2F拉和地面對物體M的支持力N2。
根據物體受力平衡的條件,物體M與動滑輪處於平衡狀態,在豎直方向上受力和為零,則G+G動=N2+2F拉。
根據壓力的計算公式和題目中的條件:F2=P2S,P2=1.6×10 Pa,S=0.01m,則物體M對地面的壓力F2=16N。
根據作用力與反作用力的關係和結論:物體M對地面的壓力F2與地面對物體M的支持力N2相等,F2=16N,則N2=F2=16N。
根據結論:G+G動=N2+2F拉,N2=16N,G=50N,則2F拉=G動+34。
根據槓桿平衡條件和題目中的條件:F*OA=F拉*OB,OB=0.8m,OA=0.6m,則F拉=3F/4。
(2)當F作用在距離A點0.1m處
把物體M與動滑輪作為一個整體進行受力分析,在豎直方向上受到豎直向下的重力和(物體M的重力G、動滑輪的重力G動)、豎直向上的2股繩的拉力2F拉』和地面對物體M的支持力N3。
根據物體受力平衡的條件,物體M與動滑輪處於平衡狀態,在豎直方向上受力和為零,則G+G動=N3+2F拉』。
根據壓力的計算公式和題目中的條件:F3=P3S,P3=1.0×10 Pa,S=0.01m,則物體M對地面的壓力F3=10N。
根據作用力與反作用力的關係和結論:物體M對地面的壓力F3與地面對物體M的支持力N3相等,F3=10N,則N3=F3=10N。
根據結論:G+G動=N3+2F拉』,N3=10N,G=50N,則2F拉』 =G動+40。
根據題目中的條件:OA』=OA+0.1,OA=0.6m,則OA』=0.7m。
根據槓桿平衡條件和題目中的條件:F*OA』=F拉』*OB,OB=0.8m,OA』=0.7m,則F拉』=7F/8。
根據結論:F拉=3F/4,F拉』=7F/8,則F拉:F拉』=6:7。
根據結論:2F拉=G動+34,2F拉』 =G動+40,F拉:F拉』=6:7,則G動=2N,F拉=18N,F拉』 =21N。
根據結論:F拉=3F/4,F拉=18N,則F=24N。
3、求動滑輪質量
根據重力的計算公式和結論:G動=m動g,G動=2N,則m動=G動/g=0.2kg。
結語
簡單機械的力學綜合題的解題思路:
先對每個簡單機械進行獨立分析,如下:
滑輪組:一般選取動滑輪和被提升的物體作為一個整體進行受力分析,得到細繩拉力、總的重力、地面支持力之間的關係;再根據題目需要,選取被提升的物體或動滑輪作為受力分析對象,得到動滑輪自重、物體自重、地面支持力、相互間拉力、細繩拉力之間的關係;
槓桿:一般通過受力分析或題目中的條件得到動力、阻力、動力臂、阻力臂中部分物理量的值,再利用槓桿原理計算得到未知物理量的值。
再把獨立分析過程中無法求解的物理量用替換法進行計算求解,得到題目需要求解的值。