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综观历年来各省市中考物理试题,作图题是经常考查的题目.通过作图题可以充分考查同学们的分析能力、运用知识解决实际问题的能力,并对培养同学们严谨的学习态度大有裨益.下面浅析几例,希望能帮助同学们加深对简单机械作图的理解,掌握作图的技巧.
一、有关杠杆中力和力臂的问题
例1请在图1中画出用瓶盖起子启瓶盖的动力F1的力臂l1和阻力F2.
解析本题考查同学们将生活实例转化为物理模型的能力.
解题步骤:(1)瓶盖起子启瓶盖时可视为杠杆,且杠杆的支点为O点;(2)动力和阻力都是作用在杠杆上的力.所以F1为人手对起子施加的动力;在B点起子受到瓶盖向下的压力F2,就是阻力.(3) 沿动力F1的反方向画出延长的虚线,从支点出发向力的作用线作垂线l1就是动力臂,最后用相应的符号标注出来.答案如图2所示.
点评此类题型一般比较单一,只要具有一定的日常生活经验,能够正确理解动力、动力臂、支点、阻力、阻力臂这些概念,并在作图时注意到“力臂是从支点到力的作用线的距离,但不等于支点到力的作用点的距离”这个关键问题就可以了,这一点也是同学们作图时最容易出错的问题,应特别注意!
例2如图3所示,ABO是可绕O点转动的杠杆,B点处挂重力为G的物体,请画出悬挂重物G的绳对杠杆作用力的力臂l2和杠杆受细绳拉力的力臂l1.
解析画力臂的关键在于选准支点、判断力的作用线的方向及对力臂定义的理解.本题可先确定支点O,找出作用在杠杆上的动力的作用线AC和阻力的作用线BG,再画出力臂即支点O到力的作用线的垂直距离即可.答案见图4.
点评 本题是上一类型习题的拓展,由于题设陷阱,将F1的作用线扭曲,会造成考生的误判,使画出的力臂出错.
例3如图5所示,不计重力的杠杆OB可绕O点转动,重为6N的重物G悬挂在杠杆的中点A处,杠杆在水平位置保持平衡,已知拉力F1的力臂为l1,请在图中画出拉力F1.
解析本题要求同学们理解力与力臂的垂直关系,且力的作用点均在杠杆上.因为G对杠杆的拉力使杠杆沿顺时针方向转动,要使杠杆在水平位置保持平衡,必须给杠杆施加一个让杠杆沿逆时针方向旋转的力.答案见图6.
例4如图7所示,画出提起重物G所需最小动力的方向.
解析要求画出最小的力关键在于找到最大的力臂,从图中不难看出支点为O点.杠杆上面离支点最远的点是D点,则OD为最长动力臂.由于重物G使杠杆顺时针向下转动,那么提起重物的最小动力F应为逆时针向上,且F要垂直于OD才能保证OD为最长动力臂,这时F才为最小的动力.本题难点在于不是直接给出动力,而是求作动力方向.作图时最容易出现的错误是认为在D点施加一竖直向上的力为最小动力.
点评此类题型要求同学们知道无论动力还是阻力都作用在杠杆上;理解力臂:支点到力的作用线的垂直距离,即力臂与力的作用线是垂直关系.同学们只要根据题意找出与题意相符的力臂和判断出力的方向即可.
二、关于滑轮组的绳子缠绕方法的问题
例5请画出用图9中滑轮组匀速提起重物最省力的情况下绳子的绕法,并填写绳自由端拉力F与物重G之间的关系.(不计滑轮重、绳重及内部摩擦)
解析根据图形可知:构成滑轮组的滑轮有2个,要求绳子缠绕最省力,可以断定承担动滑轮的绳子有3股.进一步确定绳子的自由端应该从动滑轮上绕出去,然后依次绕接定滑轮→动滑轮的挂钩.如图10所示.
例6利用图11中的滑轮组,用400N向下的拉力将重为1800N的物体匀速提升到高处(绳、滑轮的自重及摩擦不计),请画出滑轮组上绳的绕法.
注意:该处采用只进不舍的数学计算法,即4.5取5,4.1也要取5.确定构成滑轮组的滑轮有4个,因为绳子股数5等于滑轮个数4加1,同时断定绳子的自由端应该从动滑轮上绕出去,然后由外向内依次绕过上面的大定滑轮→下面的小动滑轮→上面小定滑轮→下面小动滑轮的挂钩.答案如图12所示.
例7如图13所示,小明同学设计了一滑轮组,想要用20N的动力拉动一只水平地面上的物体匀速向右运动.已知物体受地面的摩擦力为30N,滑轮组的机械效率为75%.现请你通过计算后画出小明的绕绳方法.
轮,与墙壁相连的滑轮为定滑轮,而n=2(股)与构成滑轮组的滑轮个数相等,所以断定绳子的自由端应从定滑轮上绕出去,然后顺次绕接动滑轮→定滑轮的挂钩即可.答案如图14所示.
例8已知物重1300N,绳子承受的最大拉力为400N,在不计轮重及摩擦的情况下,试画出滑轮个数最少的滑轮组.
A=n或A=n-1.本题要求滑轮的个数最少即A=n-1=4-1=3(个). 3个滑轮构成滑轮组的搭配为:1定2动或1动2定.又由于绳子股数为4等于滑轮个数3加1,所以确定绳子的自由端肯定从动滑轮上绕出去.结合图15(绳子为3股,且自由端从定滑轮绕出去不合题意)和图16,我们可以确定应该选择图16 这种搭配.
点评解决此类问题必须知道:第一,滑轮组省力的特点:重物由几股绳子承担则拉力F的大小就是重物总重力的向上绕出去,则该滑轮组承担重物的绳子股数最多,拉力F最省力;若绳子自由端从定滑轮向下绕出去,则该滑轮组承担重物的绳子股数最少,拉力F最费力.第三,承担动滑轮绳子的股数n与构成滑轮组的滑轮个数A、绳子的自由端的绕出存在这样的关系:若n=A+1,即承担动滑轮的绳子股数比滑轮个数多1时,绳子的自由端应从动滑轮上绕出去;若n=A,即承担动滑轮的绳子股数等于滑轮的个数,绳子的自由端应从定滑轮上绕出去,而后顺次由外向内绕接就可以.
一、有关杠杆中力和力臂的问题
例1请在图1中画出用瓶盖起子启瓶盖的动力F1的力臂l1和阻力F2.
解析本题考查同学们将生活实例转化为物理模型的能力.
解题步骤:(1)瓶盖起子启瓶盖时可视为杠杆,且杠杆的支点为O点;(2)动力和阻力都是作用在杠杆上的力.所以F1为人手对起子施加的动力;在B点起子受到瓶盖向下的压力F2,就是阻力.(3) 沿动力F1的反方向画出延长的虚线,从支点出发向力的作用线作垂线l1就是动力臂,最后用相应的符号标注出来.答案如图2所示.
点评此类题型一般比较单一,只要具有一定的日常生活经验,能够正确理解动力、动力臂、支点、阻力、阻力臂这些概念,并在作图时注意到“力臂是从支点到力的作用线的距离,但不等于支点到力的作用点的距离”这个关键问题就可以了,这一点也是同学们作图时最容易出错的问题,应特别注意!
例2如图3所示,ABO是可绕O点转动的杠杆,B点处挂重力为G的物体,请画出悬挂重物G的绳对杠杆作用力的力臂l2和杠杆受细绳拉力的力臂l1.
解析画力臂的关键在于选准支点、判断力的作用线的方向及对力臂定义的理解.本题可先确定支点O,找出作用在杠杆上的动力的作用线AC和阻力的作用线BG,再画出力臂即支点O到力的作用线的垂直距离即可.答案见图4.
点评 本题是上一类型习题的拓展,由于题设陷阱,将F1的作用线扭曲,会造成考生的误判,使画出的力臂出错.
例3如图5所示,不计重力的杠杆OB可绕O点转动,重为6N的重物G悬挂在杠杆的中点A处,杠杆在水平位置保持平衡,已知拉力F1的力臂为l1,请在图中画出拉力F1.
解析本题要求同学们理解力与力臂的垂直关系,且力的作用点均在杠杆上.因为G对杠杆的拉力使杠杆沿顺时针方向转动,要使杠杆在水平位置保持平衡,必须给杠杆施加一个让杠杆沿逆时针方向旋转的力.答案见图6.
例4如图7所示,画出提起重物G所需最小动力的方向.
解析要求画出最小的力关键在于找到最大的力臂,从图中不难看出支点为O点.杠杆上面离支点最远的点是D点,则OD为最长动力臂.由于重物G使杠杆顺时针向下转动,那么提起重物的最小动力F应为逆时针向上,且F要垂直于OD才能保证OD为最长动力臂,这时F才为最小的动力.本题难点在于不是直接给出动力,而是求作动力方向.作图时最容易出现的错误是认为在D点施加一竖直向上的力为最小动力.
点评此类题型要求同学们知道无论动力还是阻力都作用在杠杆上;理解力臂:支点到力的作用线的垂直距离,即力臂与力的作用线是垂直关系.同学们只要根据题意找出与题意相符的力臂和判断出力的方向即可.
二、关于滑轮组的绳子缠绕方法的问题
例5请画出用图9中滑轮组匀速提起重物最省力的情况下绳子的绕法,并填写绳自由端拉力F与物重G之间的关系.(不计滑轮重、绳重及内部摩擦)
解析根据图形可知:构成滑轮组的滑轮有2个,要求绳子缠绕最省力,可以断定承担动滑轮的绳子有3股.进一步确定绳子的自由端应该从动滑轮上绕出去,然后依次绕接定滑轮→动滑轮的挂钩.如图10所示.
例6利用图11中的滑轮组,用400N向下的拉力将重为1800N的物体匀速提升到高处(绳、滑轮的自重及摩擦不计),请画出滑轮组上绳的绕法.
注意:该处采用只进不舍的数学计算法,即4.5取5,4.1也要取5.确定构成滑轮组的滑轮有4个,因为绳子股数5等于滑轮个数4加1,同时断定绳子的自由端应该从动滑轮上绕出去,然后由外向内依次绕过上面的大定滑轮→下面的小动滑轮→上面小定滑轮→下面小动滑轮的挂钩.答案如图12所示.
例7如图13所示,小明同学设计了一滑轮组,想要用20N的动力拉动一只水平地面上的物体匀速向右运动.已知物体受地面的摩擦力为30N,滑轮组的机械效率为75%.现请你通过计算后画出小明的绕绳方法.
轮,与墙壁相连的滑轮为定滑轮,而n=2(股)与构成滑轮组的滑轮个数相等,所以断定绳子的自由端应从定滑轮上绕出去,然后顺次绕接动滑轮→定滑轮的挂钩即可.答案如图14所示.
例8已知物重1300N,绳子承受的最大拉力为400N,在不计轮重及摩擦的情况下,试画出滑轮个数最少的滑轮组.
A=n或A=n-1.本题要求滑轮的个数最少即A=n-1=4-1=3(个). 3个滑轮构成滑轮组的搭配为:1定2动或1动2定.又由于绳子股数为4等于滑轮个数3加1,所以确定绳子的自由端肯定从动滑轮上绕出去.结合图15(绳子为3股,且自由端从定滑轮绕出去不合题意)和图16,我们可以确定应该选择图16 这种搭配.
点评解决此类问题必须知道:第一,滑轮组省力的特点:重物由几股绳子承担则拉力F的大小就是重物总重力的向上绕出去,则该滑轮组承担重物的绳子股数最多,拉力F最省力;若绳子自由端从定滑轮向下绕出去,则该滑轮组承担重物的绳子股数最少,拉力F最费力.第三,承担动滑轮绳子的股数n与构成滑轮组的滑轮个数A、绳子的自由端的绕出存在这样的关系:若n=A+1,即承担动滑轮的绳子股数比滑轮个数多1时,绳子的自由端应从动滑轮上绕出去;若n=A,即承担动滑轮的绳子股数等于滑轮的个数,绳子的自由端应从定滑轮上绕出去,而后顺次由外向内绕接就可以.