简单机械是八年级物理的一个重点和难点,涉及的知识点多、知识面广,尤其是跟力学的相关知识点相结合的综合题,难度更大,本文就例题详细讲解这类题型的解题方法,希望能给同学们带来帮助。
例题
如图所示,是利用器械提升重物的示意图。当某人自由站在水平地面上时,他对地面的压强P0=20000Pa;当滑轮下未挂重物时,他用力匀速举起杠杆的A端,使杠杆在水平位置平衡时,他对地面的压强P1=23750Pa;当滑轮下加挂重物G后,他用力匀速举起杠杆的A端,使杠杆在水平位置平衡时,他对地面的压强P2=57500Pa。假设这个人用的力和绳端B用的力始终沿竖直方向,加挂重物前后他对杠杆A端施加的举力分别为F1、F2,已知F2=1500N。(杠杆、绳重和机械间摩擦忽略不计,g取10N/kg)求:
(1)F1与F2之比;
(2)人的质量m;
(3)当重物G被匀速提升过程中,滑轮组的机械效率η;
(4)已知重物G的密度与水的密度比为9:1,将重物完全浸没在水中匀速上升时的速度为0.1m/s,若此时已知动滑轮重为100N,那么绳端B的拉力F做功的功率P为多大?
1、人自由站在水平地面上
对人作受力分析,在竖直方向上,受到竖直向下的重力G和竖直向上的地面对人的支持力N0,根据物体受力平衡的条件,G=N0。
人对地面的压力F0与地面对人的支持力N0是一对作用力和反作用力,根据作用力与反作用力的关系:F0=N0。
根据压强的计算公式:P=F/S,则人对地面的压力F0=P0S。
所以,G=F0= P0S
2、滑轮下未挂重物,人用力举起杠杆的A端
人对杠杆A端的举力F1与杠杆A端对人的压力F1’是一对作用力和反作用力,大小相等,则F1=F1’。
人对地面的压力F1”与地面对人的支持力N1是一对作用力和反作用力,根据作用力与反作用力的关系:F1”=N1。
根据压强的计算公式:P=F/S,则人对地面的压力F1”=P1S。
对人作受力分析,在竖直方向上,受到竖直向下的重力G、杠杆A端对人的压力F1’和竖直向上的地面对人的支持力N1,根据物体受力平衡的条件,G+F1’=N1,即G+F1=F1”。
根据结论:G=P0S,F1”=P1S,则P0S+F1=P1S,即F1=P1S-P0S。
对动滑轮进行受力分析,受到竖直向下的重力G动和2股绳的拉力2F拉1,根据物体受力平衡的条件:G动=2F拉1。
3、滑轮下挂重物,人用力举起杠杆的A端
参照上一步的分析方法,则F2=P2S-P0S。
对重物进行受力分析,受到竖直向下的重力G物和竖直向上的动滑轮的拉力F拉’,根据物体受力平衡的条件:G物=F拉’。
根据作用力和反作用力的关系:动滑轮对重物的拉力F拉’和重物对动滑轮的拉力F拉”相等,则F拉’= F拉”
对动滑轮进行受力分析,动滑轮受到竖直向下的重力G动,重物的拉力F拉”和竖直向上的2股绳的拉力2F拉2,根据物体受力平衡的条件:G动+ F拉”=2F拉2,则G动+G物=2F拉2,即G物=2F拉2-2F拉1。
4、根据题目中的条件和结论进行相关计算
根据题目中的条件和结论:F2=1500N,P0=20000Pa,P1=23750Pa,P2=57500Pa,G=P0S,F1=P1S-P0S,F2=P2S-P0S。
则F1/F2=(P1-P0)/(P2-P0)=1/10,G/F2=P0/(P2-P0)=8/15,即G =800N。
根据重力的计算公式:G=mg,则m=G/g=80kg。
根据杠杆原理:F动L动=F阻L阻,则F1L动=F拉1L阻,F2L动=F拉2L阻,即F拉1/F拉2=F1/F2=1/10。
根据题目中的条件和结论:s=2h,G物=2F拉2-2F拉1,F拉1/F拉2=F1/F2=1/10,则机械效率η=(G物×h)/(F拉2×s)=G物/F拉2=90%。
根据题目中的条件和结论:G动=2F拉1,G动=100N,则F拉1=50N;
根据结论:F拉1=50N,F拉1/F拉2= 1/10, G物=2F拉2-2F拉1,则F拉2=500N,G物=900N。
对完全浸没在水中的重物进行受力分析,受到竖直向上的绳子拉力F拉”、浮力F浮和竖直向下的重力G物,根据物体平衡的条件:F拉”+ F浮=G物。
根据浮力和重力的计算公式:F浮=ρ水gV排,G物=ρ物gV,其中V排=V,则F浮/ G物=ρ水/ρ物=1/9。
根据题目中的条件和结论:G物=900N,F浮/ G物= 1/9,F拉”+ F浮=G物,则F拉”=800N。
根据作用力和反作用力的关系,则绳子对动滑轮的拉力与动滑轮对绳子的拉力相等,绳子对重物的拉力与重物对绳子的拉力相等,即动滑轮受到绳子的拉力即为F拉”。
对动滑轮进行受力分析,受到竖直向上的2股绳的拉力2F’和竖直向下的重力G动、绳子对动滑轮的拉力F拉”,根据物体受力平衡的条件:2F’=G动+F拉”=900N,则F’=450N。
根据题目中的条件:v=0.1m/s,则绳端移动的速度v’=2v=0.2m/s。
根据功率的计算公式:P=Fv,则绳端B的拉力F’做功的功率P’=F’v’=90W。
总之,只要按照题意认真地进行受力分析,并灵活地运用各个计算公式,就能成功地应对简单机械与力学的综合题,争取在八年级期末和中考的物理考试中夺得高分。