怎樣做出杠桿中的最小動(dòng)力

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

  通過杠桿內(nèi)容的學(xué)習(xí),同學(xué)們已經(jīng)知道了當(dāng)杠桿處于平衡狀態(tài)時(shí)符合其平衡條件,即F·L1=F·L2。那么我們該怎樣運(yùn)用此原理做出杠桿中的最小的動(dòng)力呢?下面就此類問題做一下探討。

  根據(jù)杠桿的平衡條件F·L1=F·L2可知,在杠桿中的阻力、阻力臂一定的情況下,要使所使用的動(dòng)力最小,必須使動(dòng)力臂最長。而在通常情況下,連接杠桿中支點(diǎn)和動(dòng)力作用點(diǎn)這兩點(diǎn)所得到的線段是最長的,所以要做出杠桿中的最小動(dòng)力,可以按照以下幾個(gè)步驟進(jìn)行:

  (1)確定杠桿中的支點(diǎn)和動(dòng)力作用點(diǎn)的位置;

 。2)連接支點(diǎn)與動(dòng)力作用點(diǎn),得到最長的線段;

  (3)經(jīng)過動(dòng)力作用點(diǎn)做出與該線段垂直的直線;

  (4)根據(jù)杠桿平衡原理,確定出使杠桿平衡的動(dòng)力方向。

  這里我們將此類問題分為兩類進(jìn)行討論。

  一、知道杠桿中的動(dòng)力作用點(diǎn)的位置

  在有些作圖題中,杠桿的動(dòng)力作用點(diǎn)的位置已經(jīng)知道,我們就可以按照上述步驟進(jìn)行正確做圖。

  例1 如圖1,杠桿AOBC可繞O點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng),在A處掛上一重物G,欲在C處施加一最小動(dòng)力,使其能在圖示位置平衡。請做出此動(dòng)力的方向。

  分析:(1)杠桿AOBC可以繞O點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng),所以O(shè)點(diǎn)是杠桿的支點(diǎn);且要求在C處做出最小動(dòng)力,故C點(diǎn)是動(dòng)力作用點(diǎn)。

 。2)連接支點(diǎn)O與動(dòng)力作用點(diǎn)C,得一線段OC;

 。3)過C點(diǎn)做線段OC的垂線;

 。4)由圖可知,由于阻力作用點(diǎn)A與動(dòng)力作用點(diǎn)C在支點(diǎn)O的兩側(cè),故兩力的方向必須基本一致,才能使杠桿平衡。所以動(dòng)力的方向應(yīng)向下。(如圖所示)

  二、不知道杠桿中的動(dòng)力作用點(diǎn)的位置

  如果不知道杠桿的動(dòng)力作用點(diǎn)的位置,我們應(yīng)該首先要根據(jù)使動(dòng)力臂最長的條件,確定出動(dòng)力作用點(diǎn)的位置,然后再進(jìn)行作圖。

  例2 如圖2,用一根細(xì)繩將杠桿AOB在O點(diǎn)懸掛起來,并在B處掛一重物G,欲在杠桿上施加一最小動(dòng)力F,使其在圖示位置平衡,該怎樣做出。

  分析:同學(xué)們在解題過程中,往往會(huì)將A點(diǎn)作為動(dòng)力在作用點(diǎn),OA作為動(dòng)力臂,這樣做出的力臂其實(shí)并不是最短的。根據(jù)我們學(xué)過的知識(shí)知道,動(dòng)力的作用點(diǎn)都應(yīng)該取在杠桿上,那么若將動(dòng)力作用點(diǎn)取在支點(diǎn)右側(cè)就會(huì)發(fā)現(xiàn),所得到的力臂可能比OA更長。這樣理解與分析后,就可知道動(dòng)力作用點(diǎn)應(yīng)取在B點(diǎn),將OB作為動(dòng)力的力臂是最長的,做出的動(dòng)力也就是最小的。(如圖所示)

  這樣的方法你掌握了嗎?不妨做一下下面兩題:

  題1 如圖3,一圓柱形鐵桶放在水平地面上,欲使其C點(diǎn)稍稍抬離地面,則在B處施加一最小動(dòng)力,該怎樣作出?(提示:D點(diǎn)是支點(diǎn),B點(diǎn)動(dòng)力作用點(diǎn)。)

  題2 如圖4,有一質(zhì)量較大的鐵球放在臺(tái)階下,其中O1是鐵球的球心。欲將它推到臺(tái)階上,試做出將鐵球推到臺(tái)階上的最小動(dòng)力。(提示:O點(diǎn)是動(dòng)力作用點(diǎn);直徑是圓中最長的弦,可連接OO1交圓于A,將A點(diǎn)作為動(dòng)力作用點(diǎn)。)


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