在初中物理教材的“簡單機(jī)械和功”這一章中,我們學(xué)習(xí)了有關(guān)杠桿的一些知識,知道了在杠桿處于靜止或勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài)時,符合杠桿的平衡條件,即F111=F2l2。那么該怎樣運(yùn)用此原理進(jìn)行相關(guān)的解題呢?下面就幾種類型談?wù)勥\(yùn)用此公式的一般方法。
1 運(yùn)用原理分析杠桿中最小動力的問題
此類題型是學(xué)習(xí)杠桿中的一種最普遍、最常見的練習(xí)題,在中考試卷中是常會出現(xiàn)的,一般有兩種情況:一是已知動力作用點(diǎn)的位置;二是沒有確定動力的作用點(diǎn),相比而言,后一種情況的難度稍大一點(diǎn),但基本規(guī)律是差不多的。由杠桿原理可知,在阻力、阻力臂不變的情況下,欲使其動力最小,必須使其力臂最長。而在通常的情況下,在杠桿中,連接支點(diǎn)和動力作用點(diǎn)之間的線段作為力臂是最長的;在不知動力作用點(diǎn)的情況下,還要比較杠桿中的所有動力作用點(diǎn)的最長力臂,找出符合要求的,然后再作出最小動力的方向。
例1 如圖1是一彎曲的杠桿,用細(xì)線將其在O處懸掛起來,在C處掛一重物G,若要使杠桿處于圖示位置的靜止?fàn)顟B(tài),則在A處施加一動力,請?jiān)贏處作出其最小動力F。
分析與解 此例是已確定出動力的作用點(diǎn)在A處。如果作出在此處使杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)的動力,就會發(fā)現(xiàn)它們力臂最長的就是1,故而動力F應(yīng)該是最小的。
例2 如圖2所示杠桿AOB懸掛在天花板上,B處掛一物體,請作出杠桿上使其處于靜止?fàn)顟B(tài)的最小動力的作用點(diǎn)和方向。
分析與解 此例是屬于第二中情形。在解題過程中往往只會想到把A點(diǎn)作為動力的作用點(diǎn),OA作為力臂。但在認(rèn)真比較后,就會發(fā)現(xiàn)如果將點(diǎn)B作為動力的作用點(diǎn),OB作為力臂,OB是大于OA的,根據(jù)杠桿原理,作用在B處的力F是最小的。
2 運(yùn)用原理解決不等臂天平的問題
不等臂天平本身就是一根杠桿,它的工作原理就是杠桿的平衡條件。但怎樣運(yùn)用不等臂天平來稱量物體的質(zhì)量,一直是難點(diǎn)。下面就以此為例,介紹一下不等臂天平稱物體質(zhì)量的幾種方法。
1、復(fù)稱法:將不等臂天平放在水平桌面上,調(diào)節(jié)其平衡螺母,使它在水平位置平衡。如圖所示,先將物體放在左盤內(nèi),在右盤內(nèi)添加砝碼,使其恢復(fù)平衡;然后再稱量一次,把物體放在右盤內(nèi),在左盤內(nèi)加減砝碼,使其再次平衡。運(yùn)用兩次砝碼的質(zhì)量,就可以得出物體的質(zhì)量。
2、替代法:將被測物體放在天平的左盤中,砝碼放在右盤,平衡后將物體用等質(zhì)量的砝碼來替代,則物體質(zhì)量就等于左盤中砝碼的質(zhì)量。
3、對比法:將天平的左右盤中分別放入m1和m2的砝碼使天平平衡;然后再在左右盤中分別放入質(zhì)量為m的物體和m3的砝碼,使天平重新平衡。運(yùn)用兩次結(jié)果就可以得出物體的實(shí)際質(zhì)量。
3 運(yùn)用杠桿原理自制桿秤
3.1 確定桿秤的零刻度(即定盤星)
如圖3,在木制桿秤上穿好提繩,該點(diǎn)即為桿秤的支點(diǎn)。由于支點(diǎn)不在桿秤(包括秤鉤)的重心D上,當(dāng)用手提繩子時秤桿不能空載處于水平位置平衡。此時要把秤砣掛于適當(dāng)?shù)奈恢肅處才能平衡,C點(diǎn)就是桿秤的零刻度,即定盤星。設(shè)桿重為G桿,秤砣重為G砣,根據(jù)杠桿原理G砣OC、G桿OD,所以O(shè)C=OD#8226;G桿/G跎,定盤星C的位置即可確定。
3.2 劃分桿秤的刻度
在稱量過程中,被測物G物掛在秤鉤上,調(diào)節(jié)秤砣懸掛點(diǎn)的位置使秤桿在水平位置平衡,記下秤砣的位置B點(diǎn),如4所示。根據(jù)杠桿原理,則有:
即G物=G砣BC/OA。對于同一桿秤的G砣和OA是固定的,所以G物與BC是成正比的。因此桿秤上從定盤星開始,到后面表示斤數(shù)的刻度都是均勻的,可采用等分的方法來劃分出桿秤上的刻度。