類型題一:杠桿靜止型動態(tài)變化類
【解題策略】首先明確杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)時,阻力、阻力臂和動力臂三個量中哪些量不變;然后分析直接變量如何變化;最后根據(jù)杠桿平衡條件[F1l1=F2l2]判斷動力的變化。注意:①此類題通常還有兩種細(xì)分類型,即阻力和阻力臂不變型、阻力移動型,對于阻力移動型,阻力和動力臂不變,變化的是阻力臂;②力的作用點與支點的連線為最大力臂。
例1 如圖1是小明探究“杠桿平衡條件”的實驗裝置,實驗中杠桿始終處于水平平衡狀態(tài)。若在C處逐漸改變彈簧測力計拉力的方向,依次為①→②→③,則拉力的變化情況是( )。
A. 先變小后變大" B. 先變大后變小
C. 逐漸變大" " " D. 保持不變
答案:A
類型題二:杠桿勻速轉(zhuǎn)動常規(guī)型動態(tài)變化類
【解題策略】首先明確杠桿處于勻速轉(zhuǎn)動時,阻力、阻力臂和動力臂三個量中哪些量不變;然后化動為靜,分別作出初、末兩狀態(tài)時的力臂,并比較二者大小變化情況;最后根據(jù)杠桿平衡條件[F1l1=F2l2]判斷動力的變化。注意:①杠桿轉(zhuǎn)動到豎直位置時,阻力臂為零,杠桿轉(zhuǎn)動到水平位置時,阻力臂最大;②若動力方向時刻與杠桿垂直,則動力臂不變;③若杠桿沒有懸掛物體,則杠桿自重提供阻力。
例2 如圖2所示,輕質(zhì)杠桿OA某處懸掛一重G = 60 N的物體,在A端施加一個始終與輕質(zhì)杠桿垂直的拉力F,當(dāng)杠桿由圖中實線位置勻速轉(zhuǎn)動到虛線位置時,則拉力F( )。
A. 一直增大" " " " " B. 一直減小
C. 先增大后減小 " " D. 先減小后增大
答案:C
類型題三:杠桿勻速轉(zhuǎn)動特殊型——動力臂和阻力臂的比值不變
【解題策略】此類題的顯著特點是:在杠桿勻速轉(zhuǎn)動的過程中,動力作用線與阻力作用線時刻保持平行,且二者大小變化趨勢是一致的,即同時增大或同時減小。解法如下:首先明確阻力是不變量;然后化靜為動,分別作出初、末兩狀態(tài)的動力臂和阻力臂,通過相似三角形找尋力臂之比的變化規(guī)律;最后根據(jù)杠桿的平衡條件[F1l1=F2l2]分析動力F的變化規(guī)律。注意:杠桿在勻速轉(zhuǎn)動時,若動力臂和阻力臂之比保持不變,則動力與阻力之比也不變。
例3 如圖3所示,用方向不變的力F,將杠桿從A位置勻速提升到B位置的過程中,F(xiàn)的大小變化情況有( )。
A. 逐漸變大 B. 逐漸變小
C. 保持不變 D. 無法判定
解析:如圖4所示,將杠桿從A位置勻速提升到B位置的過程中,阻力不變,動力臂和阻力臂均減小。杠桿在A位置時動力臂為OA,阻力臂為OC。因為杠桿平衡,所以可列等式F × OA = G × OC,即[F=G × OCOA];杠桿在B位置時,OA'為動力臂,OC'為阻力臂,因為杠桿平衡,可列等式F × OA′ = G × OC′,即[F=G × OC'OA']。又因為" △OC′D ∽ △OA′B,推出[OC'OA'=ODOB=OCOA]。因此將杠桿從A位置勻速提到B位置的過程中,力F的大小不變。答案:C。
類型題四:生活中的杠桿模型類動態(tài)變化類
【解題策略】首先構(gòu)建杠桿模型,明確動力和阻力;然后分析力臂變化情況;最后根據(jù)杠桿平衡條件[F1l1=F2l2]判斷動力的變化。注意:若是分析生活中的杠桿靜止型動態(tài)變化類,則化靜為動,先找杠桿的支點,然后再根據(jù)以上步驟分析解答。
例4 在我國古代,簡單機械就有了許多巧妙的應(yīng)用,護(hù)城河上安裝的吊橋裝置就是一個例子,如圖5所示。在拉起吊橋的過程中,吊橋可看作杠桿,其支點為 " " (選填“A”“B”或“C”)點;從圖示位置開始緩慢拉起吊橋的過程中,在剛開始的一小段時間內(nèi)繩子的拉力 (選填“變大”“變小”或“不變”)。
解析:在拉起吊橋的過程中,吊橋可看作杠桿,繞著B點轉(zhuǎn)動,因而其支點為B點,繩子在A點的拉力為動力,阻力為吊橋受到的重力。從圖示位置開始緩慢拉起吊橋的過程中,吊橋的重心在中點,重力的方向是豎直向下的,在拉起吊橋的過程中,從支點O到重力的作用線的距離變小,即阻力臂變小。根據(jù)杠桿平衡條件,阻力不變,阻力臂變小而動力臂變大,則動力變小,即在剛開始的一小段時間內(nèi)繩子的拉力變小。答案:B;變小。
(作者單位:山東省棗莊市薛城區(qū)教學(xué)研究中心)
初中生學(xué)習(xí)指導(dǎo)·提升版2024年7期