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简单机械是初中物理的重要知识点,简单机械的力学综合题具有相当大的难度,是物理期末考试的难点,本文就例题详细解析这类题型的解题思路,希望能给大家的期末复习备考带来帮助。
例题
边长为0.1m质量均匀的正方体物体M,放在水平地面上对地面的压强为5.0×10 Pa。如图所示装置,横杆可绕固定点O在竖直平面内转动,系在横杆B 端的细绳通过动滑轮连着物体M,用力F在A点竖直向上提横杆时,横杆在水平位置平衡,此时物体M 对地面的压强为1.6×10 Pa,若仍用力F在距离A点0.1m处竖直向上提横杆,使横杆仍在水平位置平衡,此时物体M对地面压强为1.0×10 Pa,已知横杆长OB=0.8m,OA=0.6m,g取10N/kg,不计横杆质量、绳质量和摩擦。求:
(1)物体M的质量;
(2)力F的大小;
(3)动滑轮的质量。
1、求物体M的质量
物体M放在水平地面上
对物体M进行受力分析,在竖直方向上受到竖直向下的重力G和地面对它的支持力N1。根据物体受力平衡的条件,物体M处于平衡状态,在竖直方向上受力和为零,则G=N1。
根据面积的计算公式和题目中的条件:S=d,d=0.1m,则S=0.01m。
根据压力的计算公式和题目中的条件:F1=P1S,P1=5.0×10 Pa,S=0.01m,则物体M对地面的压力F1=50N。
根据作用力与反作用力的关系和结论:物体M对地面的压力F1与地面对物体M的支持力N相等,F1=50N,则N1=F1=50N。
根据结论:G=N1,N1=50N,则物体M的重力G=50N。
根据重力的计算公式和结论:G=mg,G=50N,则物体M的质量m=5kg。
2、求力F的大小
物体M与动滑轮相连
(1)当F作用在A点时
把物体M与动滑轮作为一个整体进行受力分析,在竖直方向上受到竖直向下的重力和(物体M的重力G、动滑轮的重力G动)、竖直向上的2股绳的拉力2F拉和地面对物体M的支持力N2。
根据物体受力平衡的条件,物体M与动滑轮处于平衡状态,在竖直方向上受力和为零,则G+G动=N2+2F拉。
根据压力的计算公式和题目中的条件:F2=P2S,P2=1.6×10 Pa,S=0.01m,则物体M对地面的压力F2=16N。
根据作用力与反作用力的关系和结论:物体M对地面的压力F2与地面对物体M的支持力N2相等,F2=16N,则N2=F2=16N。
根据结论:G+G动=N2+2F拉,N2=16N,G=50N,则2F拉=G动+34。
根据杠杆平衡条件和题目中的条件:F*OA=F拉*OB,OB=0.8m,OA=0.6m,则F拉=3F/4。
(2)当F作用在距离A点0.1m处
把物体M与动滑轮作为一个整体进行受力分析,在竖直方向上受到竖直向下的重力和(物体M的重力G、动滑轮的重力G动)、竖直向上的2股绳的拉力2F拉’和地面对物体M的支持力N3。
根据物体受力平衡的条件,物体M与动滑轮处于平衡状态,在竖直方向上受力和为零,则G+G动=N3+2F拉’。
根据压力的计算公式和题目中的条件:F3=P3S,P3=1.0×10 Pa,S=0.01m,则物体M对地面的压力F3=10N。
根据作用力与反作用力的关系和结论:物体M对地面的压力F3与地面对物体M的支持力N3相等,F3=10N,则N3=F3=10N。
根据结论:G+G动=N3+2F拉’,N3=10N,G=50N,则2F拉’ =G动+40。
根据题目中的条件:OA’=OA+0.1,OA=0.6m,则OA’=0.7m。
根据杠杆平衡条件和题目中的条件:F*OA’=F拉’*OB,OB=0.8m,OA’=0.7m,则F拉’=7F/8。
根据结论:F拉=3F/4,F拉’=7F/8,则F拉:F拉’=6:7。
根据结论:2F拉=G动+34,2F拉’ =G动+40,F拉:F拉’=6:7,则G动=2N,F拉=18N,F拉’ =21N。
根据结论:F拉=3F/4,F拉=18N,则F=24N。
3、求动滑轮质量
根据重力的计算公式和结论:G动=m动g,G动=2N,则m动=G动/g=0.2kg。
结语
简单机械的力学综合题的解题思路:
先对每个简单机械进行独立分析,如下:
滑轮组:一般选取动滑轮和被提升的物体作为一个整体进行受力分析,得到细绳拉力、总的重力、地面支持力之间的关系;再根据题目需要,选取被提升的物体或动滑轮作为受力分析对象,得到动滑轮自重、物体自重、地面支持力、相互间拉力、细绳拉力之间的关系;
杠杆:一般通过受力分析或题目中的条件得到动力、阻力、动力臂、阻力臂中部分物理量的值,再利用杠杆原理计算得到未知物理量的值。
再把独立分析过程中无法求解的物理量用替换法进行计算求解,得到题目需要求解的值。