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  4. 压强的大小及其计算二力平衡的定义及条件杠杆的平衡条件动滑轮及其工作特点

(1)如图所示的装置中,重物M为重100N、边长10cm的正方体,G重25N,重物G恰好沿竖直方向匀速下降,若不计滑轮重及摩擦,那么物体M对水平桌面的压强为______Pa,所受桌面的摩擦

一、题文

(1)如图所示的装置中,重物M为重100N、边长10cm 的正方体,G重25N,重物G 恰好沿竖直方向匀速下降,若不计滑轮重及摩擦,那么物体M对水平桌面的压强为______Pa,所受桌面的摩擦力为______N.



(2)如图所示,长1m 重1.5N的均匀木板放在水平桌面上,木板左端离桌沿4dm 上面挂一诱饵.若一重0.5N 的老鼠偷吃食物,沿木板向左端爬去,根据杠杆的平衡条件______得出,当老鼠爬过离桌沿______dm 时,木板会失去平衡,而使它落入桌子下面的水桶中.


考点提示:压强的大小及其计算,二力平衡的定义及条件,杠杆的平衡条件,动滑轮及其工作特点

二、答案

(1)M对桌面的压力F1=GM=100N,那么物体M对水平桌面的压强为P=
F1
S
=
100N
0.1m×0.1m
=104Pa,
M所受的拉力F=
G
2
=
25N
2
=12.5N,物体做匀速运动,拉力等于摩擦力,所以M所受所受桌面的摩擦力为12.5N.
(2)木板的重力G=1.5N,力臂为L1=1dm,老鼠重力G=0.5N,根据F1l1=F2l2力可求老鼠离桌沿的距离L2
L2=
GL1
G
=
1.5N×1dm
0.5N
=3dm,
所以老鼠离桌沿的距离为3dm时,会落入桌子下面的水桶中.
故答案为:(1)104;12.5;(2)F1l1=F2l2;3.

三、考点梳理

知名教师分析,《(1)如图所示的装置中,重物M为重100N、边长10cm的正方体,G重25N,重物G恰好沿竖直方向匀速下降,若不计滑轮重及摩擦,那么物体M对水平桌面的压强为______Pa,所受桌面的摩擦》这道题主要考你对 压强的大小及其计算二力平衡的定义及条件杠杆的平衡条件动滑轮及其工作特点 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:压强的大小及其计算,二力平衡的定义及条件,杠杆的平衡条件,动滑轮及其工作特点

考点名称:压强的大小及其计算
  • 计算公式:
    P=F/S,式中p单位是:帕斯卡,简称:帕,1帕=1牛/米2,压力F单位是:牛;受力面积S单位是:米2
  • 对压强公式的理解:
    1.此公式适用于任何情况,即固体、液体、气体的压强计算都可用此公式。

    2.此公式中各物理量单位分别是p→Pa、F→N、s→m2。在计算物体的压强时,只有当F的单位为N,S 的单位为m2时,压强的单位才能是Pa,因此在计算中必须统一单位。

    3.一张报纸平放时对桌子的压强约0.5Pa。成人站立时对地面的压强约为1.5×104Pa,它表示:人站立时,其脚下每平方米面积上,受到脚的压力为1.5× 104N。

    4.公式中的,是压力而不是重力。即使在某些情况下,压力在数值上等于物体所受的重力,也不应把公式直接写成,而应先注明F=G得:

    5.公式中的受力面积S,是指受力物体发生形变的那部分面积,也就是两物体的实际接触面积,而不一定是受力物体的表面积。如图所示,一个圆台形物体置于水平地面上,分别采用A、B两种方式放置,对地面的压力不变,但图A中受力面积是S2,图B中受力面积为S1,而它们都与水平地面的面积大小无关。

    6.  由公式推导出F=pS和可用于计算压力和受力面积的大小。

    巧用求柱体压强:
      将一密度均匀、高为h的圆柱体放在水平桌面上,桌面受到的压强,所圆柱体(包括长方体、正方体等)产生的压强,只与固体的密度和高度有关,而与固体的重力、体积和底面积因素无关,应用公式就给解这类题带来很大方便。
    例1如图所示,两圆柱形铁柱的底面半径之比是 3:1,高度相同,则它们对水平地面的压强之比为(   )

    A.3:1B.1:3C.1:1D.9:l
    解析:本题是分析圆柱体的压强,可直接利用公式进行分析。因为两圆柱体的密度相同、高度相同,所以压强相同,选项C正确。
    答案:C
考点名称:二力平衡的定义及条件
  • 定义:
    物体在两个力作用下保持静止或匀速直线运动状态,我们就说这两个力平衡.
  • 二力平衡的条件:
    同物:两个力作用在同一物体上
    等值:两个力大小相等
    反向:两个力方向相反
    共线:两个力在同一直线上

    说明:
    ①二力平衡时要求四个条件同时具备,缺一不可。
    ②判断二力是否平衡既可用二力平衡条件来判断,也可根据物体是否处于平衡状态来确定受到的力是否平衡
  • 隐含“二力平衡”的变形题:
        考查二力平衡与平衡状态的试题很多,形式变化多样,有一些条件很直接,而有时具有隐蔽性,但始终遵循平衡力和平衡状态的对应关系,准确把握这一关系,适应多变题型。题型多以填空题、选择题的形式出现。
    例:如图所示,各用4N的水平力沿相反的方向拉弹簧测力计的两端(弹簧测力计自重不计),则下列说法中正确的是(   )

    A.弹簧测力计的示数为4N,弹簧测力计受的合力为4N
    B.弹簧测力计的示数为0N,弹簧测力计受的合力为0N
    C.弹簧测力计的示数为8N,弹簧测力计受的合力为0N
    D.弹簧测力计的示数为4N,弹簧测力计受的合力为0N
    解析:本题考查弹簧测力计的原理,弹簧测力计是利用力产生的效果大小来测量力的大小的。弹簧测力计的构造是弹簧一端固定(与挂环相连的一端),叫做固定端;另一端与挂钩相连,叫做自由端。测量时,使固定端不动,拉力拉挂钩使弹簧伸长,拉力越大,弹簧伸长就越长,弹簧测力计的示数就越大,也就是说,弹簧测力计指针的示数等于作用在挂钩上的拉力的大小,是一端的力的大小,而不是两端的受力之和所以在本题中弹簧测力计的示数是4N。而把弹簧测力计作为研究对象,在一对平衡力作用下,合力是零。
    答案:D

    二力平衡的判断方法:
        判断一对力是否是平衡力,有两种方法。一种是根据二力平衡条件判断,只要两个力“同体、等大、反向、共线”,那么,这两个力就是一对平衡力。另一种是根据物体的运动状态是否改变判断,如果物体在某一方向上受到一对力而运动状态保持不变,那么这一对力就是平衡力,反之,就不是平衡力。
    例1一本物理书静止在水平桌面七,下列各对力中属于平衡力的是()
    A.书对地球的引力和地球对书的引力
    B.书受到的重力和桌面对书的支持力
    C.书对桌面的压力和书受到的重力
    D.书对桌面的压力和桌面对书的支持力
    解析:互为平衡力的两个力应满足:受力物体相同,大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。A 项中的两个力的受力物体不同,是一对相互作用力;B 项重力和支持力四个条件都符合,是平衡力;C项中的两个力不满足受力物体相同和方向相反的条件,不是平衡力;D项中的两个力的受力物体不同,施力物体和受力物体刚好相反,是一对相互作用力。
    答案:B
  • 二力平衡的意义:
        二力平衡是力的分析的最简单、最基本的情况,若一物体处于二力平衡状态,我们了解了其中一个力,对另一个力也就了如指掌。如图所示,一物体放在水平桌面上,它将受到重力和桌面对它的支持力,物体处于平衡状态。我们知道了物体的重力,根据等大、反向、共线的关系,也就知道了支持力,的大小、方向及作用点。

    二力平衡的作用效果:
        二力平衡的效果不仅使物体保持平衡状态,还使物体发生了形变(只不过有时效果不明显,但形变还是有的,如静止在地面上的物体受重力和地面支持力的作用,发生了微小形变)。因此,两个力并不是完全抵消而没有产生任何力的作用效果。

    补充:
    (1)物体在两平衡力作用下处于平衡状态,若再加一对或多对平衡力,物体将仍然处于平衡状态。
    (2)平衡力可以通过受力图形象地描绘出来。

    二力平衡的应用:
    (1)用弹簧测力计测量物体所受重力时,就是利用二力平衡条件。
    (2)放在桌面上的花瓶受到竖直向下的重力和桌面对他竖直向上的支持力,二力平衡。
    (3)悬挂着的吊灯,受到竖直向下的重力和吊线对它竖直向上的拉力,二力平衡。
    (4)在水平道路上匀速直线运动的汽车,水平方向受到向前的牵引力和向后的阻力,二力平衡。
    (5)在竖直方向,汽车受到向下的重力和路面对它向上的支持力,二力平衡。
考点名称:杠杆的平衡条件
  • 杠杆的平衡条件:
    动力×动力臂=阻力×阻力臂。

    在杠杆平衡时,动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之几。

  • 利用杠杆平衡条件来分析和计算有关问题,一般遵循以下步骤:
    (1)确定杠杆支点的位置。
    (2)分清杠杆受到的动力和阻力,明确其大小和方向,并尽可能地作出力的示意图。
    (3)确定每个力的力臂。
    (4)根据杠杆平衡条件列出关系式并分析求解。

    例:如图所示,AOB为一机械设备的简化示意图,我们可以把它看成杠杆(自重不计),已知AO= 2OB。固定D点,使OB处于水平位置,此时B端挂一重为40N的物体,要使杠杆不发生转动,至少需在A端施加F=____N的力,在图上画出此时力F的方向。

    解析:要想得到施加在A点的最小力,就要找到最大力臂,由图可知,最大力臂应是OA,故过A点作们的垂线,方向斜向下即为最小力。据杠杆平衡条件得:F·OA=G·OB,代入数值为F×2OB=40N×OB,解方程得F=20N。
    答案:20   力F的方向如图


    实验法探究杠杆平衡条件:
        实验前要调节杠杆的平衡螺母使其在水平位置上平衡,目的是使杠杆的重心落在支点上,从而消除杠杆的重力对平衡的影响。当杠杆水平平衡时,O点距悬挂钩码处的距离便是力臂,而且可用杠杆上的“格数”代替力臂大小。

    例:我们都做过“探究杠杆平衡条件”的实验。
    (1)实验没有挂钩码时,若杠杆左端下倾,则应将右端的平衡螺母向____(选填“左”或“右”)调节,使杠杆在水平位置平衡。实验前使杠杆水平平衡的目的是____.
    (2)实验中,用图所示的方式悬挂钩码,杠杆也能水平平衡(杠杆上每格等距),但老师却提醒大家不要采用这种方式。这主要是因为该种方式(    )
    A.一个人无法独立操作
    B.需要使用太多的钩码
    C.力臂与杠杆不重合
    D.力和力臂数目过多
    (3)图中,不改变支点O右侧所挂的两个钩码及其位置,保持左侧第____格的钩码不动,将左侧另外两个钩码改挂到它的下方,杠杆仍可以水平平衡。

    解析:(1)实验前要调节杠杆的平衡螺母使其在水平位置平衡,目的是方便地测量力臂。调节方法是将平衡螺母向杠杆偏高的一端调,即哪端轻向哪端调。
    (2)探究杠杆平衡条件时,用的力和力臂数目过多,每个力都会给杠杆转动带来影响,给探究过程带来麻烦。
    (3)根据杠杆平衡条件,即,所以l1=2(格)。

    答案:(1)右方便地测量力臂(2)D(3)2

    利用杠杆平衡条件求最小力的方法:
        由公式可知,当阻力、阻力臂一定时,动力臂越长,动力越小。当动力臂最长时,动力最小。要求最小动力,必须先画出最大动力臂。
    1.寻找最大动力臂的方法
    (1)当动力作用点确定后,支点到动力作用点的线段即为最大动力臂;
    (2)动力作用点没有规定时,应看杠杆上哪一点离支点最远,则这一点到支点的距离即为最大动力臂。
    2.作最小动力的方法
    (1)找到最大动力臂后,过作用点作动力臂的垂线;
    (2)根据实际,动力能使杠杆沿阻力作用的反方向转动,从而确定动力的方向。

  •  

考点名称:动滑轮及其工作特点
  • 定义:
    在使用过程中,轴随物体一起移动的滑轮(“动” 指轴心的位置在移动而不是转动)
  • 动滑轮的工作特点:
    实质
    特点可以省一半的力,但不能改变力的方向
    重物提升的高度h与绳子通过的距离s的关系s=2h

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