綜觀歷年來各省市中考物理試題,作圖題是經(jīng)??疾榈念}目.通過作圖題可以充分考查同學們的分析能力、運用知識解決實際問題的能力,并對培養(yǎng)同學們嚴謹?shù)膶W習態(tài)度大有裨益.下面淺析幾例,希望能幫助同學們加深對簡單機械作圖的理解,掌握作圖的技巧.
一、有關(guān)杠桿中力和力臂的問題
例1請在圖1中畫出用瓶蓋起子啟瓶蓋的動力F1的力臂l1和阻力F2.
解析本題考查同學們將生活實例轉(zhuǎn)化為物理模型的能力.
解題步驟:(1)瓶蓋起子啟瓶蓋時可視為杠桿,且杠桿的支點為O點;(2)動力和阻力都是作用在杠桿上的力.所以F1為人手對起子施加的動力;在B點起子受到瓶蓋向下的壓力F2,就是阻力.(3) 沿動力F1的反方向畫出延長的虛線,從支點出發(fā)向力的作用線作垂線l1就是動力臂,最后用相應的符號標注出來.答案如圖2所示.
點評此類題型一般比較單一,只要具有一定的日常生活經(jīng)驗,能夠正確理解動力、動力臂、支點、阻力、阻力臂這些概念,并在作圖時注意到“力臂是從支點到力的作用線的距離,但不等于支點到力的作用點的距離”這個關(guān)鍵問題就可以了,這一點也是同學們作圖時最容易出錯的問題,應特別注意!
例2如圖3所示,ABO是可繞O點轉(zhuǎn)動的杠桿,B點處掛重力為G的物體,請畫出懸掛重物G的繩對杠桿作用力的力臂l2和杠桿受細繩拉力的力臂l1.
解析畫力臂的關(guān)鍵在于選準支點、判斷力的作用線的方向及對力臂定義的理解.本題可先確定支點O,找出作用在杠桿上的動力的作用線AC和阻力的作用線BG,再畫出力臂即支點O到力的作用線的垂直距離即可.答案見圖4.
點評 本題是上一類型習題的拓展,由于題設陷阱,將F1的作用線扭曲,會造成考生的誤判,使畫出的力臂出錯.
例3如圖5所示,不計重力的杠桿OB可繞O點轉(zhuǎn)動,重為6N的重物G懸掛在杠桿的中點A處,杠桿在水平位置保持平衡,已知拉力F1的力臂為l1,請在圖中畫出拉力F1.
解析本題要求同學們理解力與力臂的垂直關(guān)系,且力的作用點均在杠桿上.因為G對杠桿的拉力使杠桿沿順時針方向轉(zhuǎn)動,要使杠桿在水平位置保持平衡,必須給杠桿施加一個讓杠桿沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)的力.答案見圖6.
例4如圖7所示,畫出提起重物G所需最小動力的方向.
解析要求畫出最小的力關(guān)鍵在于找到最大的力臂,從圖中不難看出支點為O點.杠桿上面離支點最遠的點是D點,則OD為最長動力臂.由于重物G使杠桿順時針向下轉(zhuǎn)動,那么提起重物的最小動力F應為逆時針向上,且F要垂直于OD才能保證OD為最長動力臂,這時F才為最小的動力.本題難點在于不是直接給出動力,而是求作動力方向.作圖時最容易出現(xiàn)的錯誤是認為在D點施加一豎直向上的力為最小動力.
點評此類題型要求同學們知道無論動力還是阻力都作用在杠桿上;理解力臂:支點到力的作用線的垂直距離,即力臂與力的作用線是垂直關(guān)系.同學們只要根據(jù)題意找出與題意相符的力臂和判斷出力的方向即可.
二、關(guān)于滑輪組的繩子纏繞方法的問題
例5請畫出用圖9中滑輪組勻速提起重物最省力的情況下繩子的繞法,并填寫繩自由端拉力F與物重G之間的關(guān)系.(不計滑輪重、繩重及內(nèi)部摩擦)
解析根據(jù)圖形可知:構(gòu)成滑輪組的滑輪有2個,要求繩子纏繞最省力,可以斷定承擔動滑輪的繩子有3股.進一步確定繩子的自由端應該從動滑輪上繞出去,然后依次繞接定滑輪→動滑輪的掛鉤.如圖10所示.
例6利用圖11中的滑輪組,用400N向下的拉力將重為1800N的物體勻速提升到高處(繩、滑輪的自重及摩擦不計),請畫出滑輪組上繩的繞法.
注意:該處采用只進不舍的數(shù)學計算法,即4.5取5,4.1也要取5.確定構(gòu)成滑輪組的滑輪有4個,因為繩子股數(shù)5等于滑輪個數(shù)4加1,同時斷定繩子的自由端應該從動滑輪上繞出去,然后由外向內(nèi)依次繞過上面的大定滑輪→下面的小動滑輪→上面小定滑輪→下面小動滑輪的掛鉤.答案如圖12所示.
例7如圖13所示,小明同學設計了一滑輪組,想要用20N的動力拉動一只水平地面上的物體勻速向右運動.已知物體受地面的摩擦力為30N,滑輪組的機械效率為75%.現(xiàn)請你通過計算后畫出小明的繞繩方法.
輪,與墻壁相連的滑輪為定滑輪,而n=2(股)與構(gòu)成滑輪組的滑輪個數(shù)相等,所以斷定繩子的自由端應從定滑輪上繞出去,然后順次繞接動滑輪→定滑輪的掛鉤即可.答案如圖14所示.
例8已知物重1300N,繩子承受的最大拉力為400N,在不計輪重及摩擦的情況下,試畫出滑輪個數(shù)最少的滑輪組.
A=n或A=n-1.本題要求滑輪的個數(shù)最少即A=n-1=4-1=3(個). 3個滑輪構(gòu)成滑輪組的搭配為:1定2動或1動2定.又由于繩子股數(shù)為4等于滑輪個數(shù)3加1,所以確定繩子的自由端肯定從動滑輪上繞出去.結(jié)合圖15(繩子為3股,且自由端從定滑輪繞出去不合題意)和圖16,我們可以確定應該選擇圖16 這種搭配.
點評解決此類問題必須知道:第一,滑輪組省力的特點:重物由幾股繩子承擔則拉力F的大小就是重物總重力的向上繞出去,則該滑輪組承擔重物的繩子股數(shù)最多,拉力F最省力;若繩子自由端從定滑輪向下繞出去,則該滑輪組承擔重物的繩子股數(shù)最少,拉力F最費力.第三,承擔動滑輪繩子的股數(shù)n與構(gòu)成滑輪組的滑輪個數(shù)A、繩子的自由端的繞出存在這樣的關(guān)系:若n=A+1,即承擔動滑輪的繩子股數(shù)比滑輪個數(shù)多1時,繩子的自由端應從動滑輪上繞出去;若n=A,即承擔動滑輪的繩子股數(shù)等于滑輪的個數(shù),繩子的自由端應從定滑輪上繞出去,而后順次由外向內(nèi)繞接就可以.