专题12 简单机械-初中应用物理知识竞赛专题讲义

初中应用物理知识竞赛专题讲座12

专题十二  简单机械

【重点知识解读】

1.杠杆平衡条件：F1L1= F2L2。

2.定滑轮不省力，但能够改变力的方向；动滑轮能够省一半力，不能改变力的方向。

3.在不计动滑轮重力和绳重、不计一切摩擦的情况下，滑轮组用几段绳子吊着重物，提起物体所用的力就是物重的几分之一。

4.斜面：当不计一切摩擦的情况下，当斜面长L是斜面高h的几倍时，所用推力F就是物重G的几分之一，即F=hG/L。

4.机械效率η=×100%。机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量，机械效率越高，机械的性能越好。

5.功的原理：使用任何机械都不省功。

【竞赛知识拓展】

1、   画好力臂是解决杠杆问题的关键所在。先从整体中抽象出杠杆，然后确定支点O，找出动力、阻力，画出动力作用线和阻力作用线，再由支点向两个力的作用线作垂线，得到力臂。

2、   对于滑轮或滑轮组，一根绳子上的力处处相等。

3、   轮轴是由轮和轴共同组成的装置，由杠杆平衡条件可得，F1R=F2r[来源:学科网ZXXK]

【经典竞赛题分析】

例1. （2016上海物理竞赛）如图所示，光滑轻质细杆AB、BC处在同一竖直平面内，B处用铰链连接，A、C处用铰链连接于水平地面上，BC杆与水平面夹角为37°。一质量为3.2kg的小球穿在BC杆上，对小球施加一个水平向左的恒力使其静止在BC杆中点处，AB杆恰好竖直，则

A．F的大小为40N

B．小球对BC杆的作用力大小为40N

C．AB杆对BC杆的作用力大小为25N

D．地面对BC杆的作用力大小为25N

【参考答案】BC D

例2、（14分）(2016全国初中应用物理知识竞赛)小明某次在路边观察到，工人师傅们在安装水泥电线杆过程中要将地面上水平的电线杆“竖立”起来时，在地面上先挖了形状如图15所示的坑。地面处的坑口截面基本上是一个长方形，其宽度仅比电线杆的粗端直径略大一点，坑中从长方形的一边开始有一从地面直达坑底的斜坡。而另一边则是直上直下的，坑底基本上是一个正方形。请你回答：

[来源:Z,xx,k.Com]

1．为什么要挖成图15所示的深坑，而不挖成图16甲所示的仅比电杆略粗一点的深坑，或者如图16乙所示的大口径的深坑？这样做有什么好处？．[来源:Zxxk.Com]

　　2．通过计算对比分析：如果已将电线杆水平放在坑口上方，且其粗端位于坑底右端正上方，现要把电线杆分别埋入图15、图16甲所示的两个坑中，则在竖起电线杆的开始阶段，对电线杆的细端分别至少需要多大的力？己知这种坑深1.6m，坑底的长、宽都是0.3m，地面处坑口长2.3m、宽0.3m。电杆线的质量为410kg，长8.0m，粗端直径0.26m，其重心距粗端3.2m。（取g=10N/kg)

3．在上述两种情况下，竖起电线杆的过程中，工人师傅们对电线杆分别至少要做多少功？

例3. （2014上海市初中物理竞赛初赛试题）N个动滑轮和一个定滑轮组成滑轮组，每个动滑轮的质量与所悬挂的物体质量相等。不计一切摩擦和绳的重力，滑轮组平衡时拉力大小为F，如图9所示。若在图示中再增加一个同样质量的动滑轮，其它条件不变，则滑轮组再次平衡时拉力大小为（   ）

  A．    B．       C．      D．

【参照答案】．

例4. （2011全国初中应用物理知识竞赛河南预赛）小刚同学想测量家中一头肥猪的重，如图所示。他用绳将猪绑住挂在木棒的B点，将棒的一端O放在石坎上，人通过挂在A端的测力计拉起木棒的另一端，使木棒刚好到达水平位置。已知测力计示数F=320N,OA=1.6m,OB=0.4m。问：

（1）          请你根据以上数据计算猪的重力大约是多少？

（2）          你认为利用这种方法测出的猪的重力比实际重力偏大还是偏小，并说明产生误差的原因是什么？

（3）          如果猪的实际重力为1200N，猪被拉离地面0.1m，这个过程中杠杆装置的机械效率是多少？

【点评】此题涉及杠杆平衡原理、功的计算、机械效率、误差分析等，意在考查对实际问题的分析、建模能力和综合运用知识的能力。学科网

【竞赛实战训练】

1. （2014上海市初中物理竞赛初赛试题）如图15所示，密度分布均匀的圆柱形棒的一端悬挂一个小铁块并一起浸入水中。平衡时棒浮出水面的长度是浸入水中长度的n倍。若水的密度为ρ，则棒的密度为（   ）

  A．                 B．     

C．               D． 

【参照答案】．C

2. （2014上海市初中物理竞赛初赛试题） 如图16所示，直径为36cm的半球形碗固定在水平面上，碗的端口水平。一根密度分布均匀、长度为47cm的光滑杆ABC搁置在半球碗上，碗的厚度不计，杆平衡时碗内部分AB段与碗外部分BC段的长度之比为（   ）

  A．38:9                 B．35:12[来源:Zxxk.Com]

   C．32:15                D．27:20

【参照答案】．C

3.(2010全国初中应用物理知识竞赛题).图5是环卫工人用的一种垃圾夹的结构示意图。拉绳的一端固定在手把上，另一端穿过空心管杆与两夹爪的一端相连。当用力捏手把时，夹爪在拉绳的作用下可夹持物体，同时弹簧被压缩；当松开手把时，夹爪在弹簧的作用下恢复原状。在使用过程中，手把和夹爪分别是                 (    )
A.省力杠杆，费力杠杆
B.费力杠杆，省力杠杆
C省力杠杆，省力杠杆
D.费力杠杆，费力杠杆

【参考答案】：A

4.(2010全国初中应用物理知识竞赛题).体操、投掷、攀岩等体育运动都不能缺少的“镁粉”，它的学名是碳酸镁。体操运动员在上杠前都要在手上涂擦“镁粉”，其目的是 (    )
    A.仅仅是为了利用“镁粉”，吸汗的作用，增加手和器械表面的摩擦而防止打滑
    B.仅仅是为了利用手握着器械并急剧转动时“镁粉”，能起到衬垫作用，相当于在中间添加了一层“小球”做“滚动摩擦”
    C仅仅是为了利用“镁粉”，填平手掌的褶皱和纹路，使手掌与器械的接触面增大，将握力变得更加实在和均匀
    D.上述各种功能都具有

【参考答案】：D

5. （2011上海初中物理知识竞赛题）如图所示，两根硬杆AB、BC用铰链连接于A、B、C，整个装置处于静止状态。关于AB杆对BC杆作用力的方向正确的是                              （    ）

A．若计AB杆重力，而不计BC杆重力时，由A指向B

B．若计AB杆重力，而不计BC杆重力时，由C指向B

C．若不计AB杆重力，而计BC杆重力时，由B指向A

D．若不计AB杆重力，而计BC杆重力时，由B指向C

【参考答案】：C        学科网

6.. （2011上海初中物理知识竞赛题）如图所示，劲度系数为k1的轻质弹簧A一端固定在地面上并竖直放置，质量为m的物块压在弹簧A上，用一细绳跨过定滑轮，一端与m相连，另一端与劲度系数为k2的轻质弹簧B相连。现用手握住弹簧B的右端使其位于c点时，弹簧B恰好呈水平且没有形变。将弹簧B的右端水平拉到d点时，弹簧A恰好没有形变。已知：k2<k1,则c、d之间的距离为（   ）

A．      B．       

C．         D．

【参考答案】：A

7．(2011上海初中物理知识竞赛复赛题)

两个人共同搬一个50千克质量分布均匀的木箱上楼梯，如图所示。木箱长1.25米，高0.5米；楼梯和地面成45°，而且木箱与楼梯平行。如果两人手的用力方向都是竖直向上的，那么在下面的人对木箱施加的力与上面的人对木箱施加的力的比值是    (      )

A．8/3   B．7/3    C．5/3    D．5/4

【参考答案】：B

8. (2011全国初中应用物理知识竞赛题)随着我国航天员在轨道舱内停留时间的增加，在轨道舱内进行体育锻炼必将成为航天员需要完成的一项重要工作；下列适合航天员在轨道舱中进行体育锻炼的运动项目是(   )

A.举哑铃      B.跳绳            

C .踢毽子    D.拉弹簧拉力器

【参考答案】：D

9. (2011全国初中应用物理知识竞赛题)图1为工人师傅用于推车运送纯净水的图片，对于这两种方法中哪种方法比较省力的判断，下列说法中正确的是              (              )

A.图甲的方法比较省力。                 

B.图乙的方法比较省力。

C.图甲和图乙两种方法所用力的大小相等。  

D.无法判断。

【参考答案】：A      学科网

10．(2009上海初中物理知识竞赛复赛题)小明在广场上游玩时，将一充有氢气的气球系于一辆玩具小汽车上，并将玩具小汽车放置在光滑的水平地面上，无风时细绳处于竖直方向，当一阵风沿水平方向吹向气球时，则下列说法中正确的是（     ）

(A)小汽车可能被拉离地面

(B)氢气球仍处于静止状态[来源:学*科*网Z*X*X*K]

(C)小汽车一定沿地面滑动

(D)小汽车仍处于静止状态

【参考答案】：C

11. （2011全国初中应用物理知识竞赛初赛）现有3块相同的砖，每块砖重为10N，一人用竖直的两板将三块砖如图所示夹起，则“2号”砖左侧和右侧各自所受摩擦力大小分别为（     ）

A.5N   5N

B.5N   10N

C.10N   5N

D.10N   10N

【参考答案】：A

12．（2007全国初中应用物理知识竞赛）为了保证飞机在起降过程中的安全，飞机起飞和降落时，下列操作中正确的是（　）

  A.起飞时前轮先离开地面，降落时前轮先接触地面

  B.起飞时前轮先离开地面，降落时后轮先接触地面

  C.起飞时前轮先离开地面，降落时前、后轮同时接触地面

  D.起飞时前、后轮同时离开地面，降落时前、后轮同时接触地面

【参考答案】：B

13. （2007全国初中应用物理知识竞赛）手机已成为现代生活中常用的一种通讯工具。一般的手机都设有利用振动提示人们“来电”的装置。有一种手机提示“来电”是用一个微型电动机带动转轴上的叶片转动，当叶片转动时，电动机也就跟着振动起来，从而又带动手机振动。在图1所小的几种形状的叶片中，你认为能够实现上述振动功能的是（　　）

【参考答案】：C

二．综合应用题

1.(2009上海初中物理知识竞赛复赛题)均匀三角板的重心在三角形三条中线的交点上，均匀细杆的重心在杆的中点上。现有一块等腰直角三角板和三根均匀细杆。三根细杆的长度分别与三角板的边长相等，将这三根细杆构成如图所示的三角形。设三角板的重心为P，三根细杆构成的三角形的重心为P'，P、P’未在图中画出。以下是三位同学的观点：甲同学认为P和P’的位置重合；乙同学认为P和P’的位置不重合，且P到斜边的距离大于P'到斜边的距离，丙同学认为P和P'的位置不重合，且P到斜边的距离小于P'到斜边的距离。

  请你通过分析，对以上三位同学的观点做出判断。

2、（18分）（2012全国初中应用物理知识竞赛复赛）在一些地区的电力线路敷设过程中，会使用简易绞盘将沉重的混凝土电线杆立起来。其主要结构如图4所示。作业前，先将绞盘底座牢固地固定在地面上，立杆作业时，根据实际需要，安排1~ 4人分别推动不同的横杆末端，使横杆绕轴做顺时针转动，这样系在电线杆上的钢丝绳就被不断地缠绕在轴上，电线杆被逐渐拉起并最终坚直站立。己知，某个绞盘的轴直径D=l0cm，各横杆末端到轴心的距离L=lm。在一次立杆作业中，所立的电线杆所受重力G=6200N，长L0=10m，其重心距粗端4m。若在电线杆升至某时刻时的情形如图5所示，设此时绞盘的机械效率η=80%，定滑轮的阻力可忽略不计。172教学网

1．若此刻仅有一名施工人员推横杆，则该施工人员对绞盘横杆所施加的最小推力F为多少? 172教学网

2．在整个立杆过程中，施工人员对绞盘横杆的最小推力F的变化情况如何?

3．在立杆作业时，施工人员一般要求绞盘离所拉的电线杆适当地远一些，请定性分析这样做的原因。172教学网