专题14 杠杆和滑轮（方法与技巧）（原卷版）

专题14 杠杆、滑轮 一．如何进行力臂作图？ 【方法技巧】画力臂分四步，一找支点，二画力的作用线，三作垂线段（从支点向力的作用线）,四标注 （用双箭头或大括号及对应字母标注力臂）。 【典例剖析】如图所示，杠杆 在力 F1、F2 的作用下处于静止状态，L2是力 F2的力臂。在图中画出力 F1的 力臂 L1和力 F2。 二．如何正确作出杠杆平衡时最小动力的示意图？ 【方法技巧】此类问题中阻力×阻力臂为一定值，要使动力最小，必须使动力臂最大，要使动力臂最大需 要做到①在杠杆上找一点，使这点到支点的距离最远；②动力方向应该是过该点且和该连线垂直的方向， 具体方向根据动力与阻力使杠杆的旋转方向相反来确定。 【典例剖析】如图甲所示为搬花神器，用它把花盆抬起时，相当于一个绕点转动的杠杆，其简化示意图如 图乙所示，请在乙图中画出： （1）花盆所受重力的示意图（'为其重心）； （2）杠杆平衡时作用在点的最小动力F。 三．如何辨别生活中的杠杆类型？ 【方法技巧】（1）首先找出支点。生活中的杠杆支点是隐含的，为找出支点，不妨让杠杆转动起来，看 杠杆围绕哪个固定点转动，则该固定点既是支点。 （2）分清阻力和动力。根据阻力和动力对杠杆的作用效果不同来识别，通常动力的施力物体是人。③最 后分别作出动力臂、阻力臂比较它们的大小关系。 【典例剖析】从杠杆的分类来看，如图所示的各种常用工具中，与其他三项不同的是（ ） ． 扫帚 B． 开瓶器 ． 碗夹D． 船桨 四．如何判断杠杆的再平衡问题？ 【方法技巧】杠杆是否平衡取决于力和力臂的乘积是否相等。 方法一：比较末状态时力和力臂的乘积是否相等：若相等则继续平衡；若不相等，哪端乘积大，哪端下沉， 另一端上升。 方法二：直接比较两端力和力臂的乘积的减小量或增加量是否相等而判断。 注意：若力臂的关系未知，则可通过杠杆的初始状态的平衡关系来确定。 【典例剖析】如图所示，轻质杠杆左端挂一个重为10，体积为200m3的金属块，右端施加一个竖直向下的 力F1使得杠杆在水平位置静止，力臂之出为LG:LF=1:2，则力F1=__________。若将金属块沿水平方向从 下方切割掉一部分后，再将剩余金属块慢慢浸没在水中，在此过程中保持F1大小和方向均不变，仅将F1的 作用点沿着杠杆向左移动，当新的力臂之比为LG : ′ LF =5:6 ′ 时，杠杆再次平衡，则切割掉的金属体积与切割 前原金属块总体积的比值为__________。 五．如何解答杠杆的动态平衡问题？ 【方法技巧】杠杆的动态平衡是指影响杠杆平衡的四要素中的某些要素发生变化后，杠杆始终处于平衡状 态。 （1）首先要明确不变量和变量有哪些。通常阻力大小不变，变化的是力臂。 （2）然后分析变量力臂如何变化。 （3）最后根据杠杆平衡条件判断动力的变化。 注意：①若动力臂与阻力臂在变化过程中对应成比例，则它们的比值将不变，则动力大小也不变。②若杠 杆没有悬挂物体，则杠杆自重提供阻力。 【典例剖析】小明和同学在玩跷跷板游戏时，发现为使跷跷板匀速转动，体重较轻一方通常会远离跷跷板 的中心，大家在充分观察和讨论之后，决定探究杠杆的平衡条件。 （1）小梅组提出的猜想是：动力+动力臂＝阻力+阻力臂；小亮组提出的猜想是：动力×动力臂＝阻力×阻 力臂；小明组提出的猜想是：“动力×支点到动力作用点的距离＝阻力×支点到阻力作用点的距离；小刚提 醒小梅组的同学，他们的猜想是错误的，其理由是______； （2）实验前没挂钩码时，杠杆的位置如图甲所示，此时杠杆是否平衡______（选填：“是”或“不 是”）； （3）小亮想用弹簧测力计和钩码进行实验，设计实验时提出了两种方：一种按图乙进行实验，一种按图 丙进行实验，你认为哪个实验方更好，______，请你说明理由：______。乙和丙俩图中弹簧测力计示数大 的是______； （4）小明用丁图中的装置完成了三次实验，根据表中的数据得出“动力×支点到动力作用点的距离＝阻力 ×支点到阻力作用点的距离”的结论验证了自己组的猜想，但与其他组交流讨论以后发现这一结论并不可 靠，请你对小明组的实验提出进一步改进措施______； 实验序号 动力F1 （） 支点到动力作用点 的距离L1（m） 阻力F2 （） 支点到阻力作用点 的距离L2（m） 1 2 1 1 2 2 4 2 2 4 3 2 2 2 2 （5）若在平衡的杠杆上再施加一个力，杠杆仍平衡，此力的力臂大小为______； （6）在实验中多次改变力和力臂的大小主要是为了______（只有一个正确答，选填答序号）。 ①减小摩擦 ②多次测量取平均值减小误差 ③使每组数据更准确 ④获取多组实验数据归纳出物理规律 六．如何准确确定承担重物绳子的股数？ 【方法技巧】在滑轮组中，承担物重的是吊着动滑轮的那几段绳子．而定滑轮只起改变动力方向的作用． 所以，只要数一数有几段绳子吊着动滑轮，就能算出省力到几分之一。 利用“隔离法”可以准确确定承担重物绳子的股数。方法：在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，将它们隔 离开来，只算绕在动滑轮上的绳子股数。 【典例剖析】用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，在相同时间内把相同的物体提 升相同的高度，在不计绳重及机械摩擦的情况下，则甲、乙两工人拉力的功率大小为P 甲________P 乙〔选 填“大于”、“小于”或“等于”）。 七．如何组装滑轮组？ 【方法技巧】首先根据省力公式 或根据 求出绳子的股数。然后根据“奇动偶定”的原 则(若绳子的起点在动滑轮上，则有奇数股绳子承担重物；若绳子的起点在定滑轮上，则有偶数股绳子承担 重物)。结合题目的具体要求组装滑轮。 注意：若求得不是整数，应采取”进一法”取成整数。 【典例剖析】如图所示，要想用最小的力将汽车拖出来，请给滑轮组绕绳。