第1讲 杠杆和滑轮
考点通关 直击考什么
考点1 杠杆
1.定义:在物理学中,在力的作用下能绕着①_ _ _ _ _ _ _ _ 转动的硬棒称为杠杆。
2.五要素
(1) 支点:杠杆绕着转动的②_ _ _ _ ,通常用字母表示。
(2) 动力:③_ _ _ _ 杠杆转动的力,用字母表示。
(3) 阻力:④_ _ _ _ 杠杆转动的力,用字母表示。
(4) 动力臂:从支点到⑤_ _ _ _ _ _ _ _ 的距离,用字母表示。
(5) 阻力臂:从支点到⑥_ _ _ _ _ _ _ _ 的距离,用字母表示。
特别说明 支点可以在两个力之间(如图),也可以在杠杆的一端。
3.杠杆的作图
(1)找支点;
(2)画力的作用线;
(3)从支点到力的作用线作垂线;
(4)标明相关字母。
温馨提示
杠杆的形状可曲可直,“硬”表示在力的作用下不会变形(不考虑微小形变)。
考点2 杠杆的平衡条件
1.杠杆平衡状态:杠杆在动力和阻力的作用下静止。
2.重点 杠杆平衡条件:动力×⑦_ _ _ _ 力臂阻力×⑧_ _ _ _ 力臂。
考点3 杠杆的分类
杠杆类型 力臂关系 力的大小关系 应用实例
⑨_ _ _ _ 杠杆 ⑩_ _ _ _ 手推车、核桃钳
_ _ _ _ 杠杆 _ _ _ _ 钓鱼竿、镊子、筷子
_ _ _ _ 杠杆 _ _ _ _ 天平、定滑轮
考点4 滑轮与滑轮组的特点
定滑轮 动滑轮 滑轮组
定义 在使用过程中,轴固定不动的滑轮 在使用过程中,轴的位置随被拉动的物体一起运动的滑轮 将动滑轮和定滑轮组合在一起即滑轮组
图示
作用 相当于等臂杠杆,既不省力,也不费力, _ _ _ _ 改变力的方向 相当于动力臂是阻力臂二倍的杠杆,省力, _ _ _ _ 改变力的方向 既可以省力又可以改变力的方向
力的关系 (忽略绳重及摩擦) (忽略绳重及摩擦) (忽略绳重及摩擦)
距离的关系
考点5 其他简单机械
1.轮轴
(1)定义:由具有公共转轴的轮和轴组成,是杠杆的变形。
(2)特点:。
(3)生活中的轮轴:汽车方向盘、门把手、扳手等。
2.斜面:一种省力、费距离的简单机械,如盘山公路、用倾斜木板向高处运重物等。
夯基综合练
1.判断下列说法的正误。
(1) 动力臂与阻力臂之和等于杠杆总长。( )
(2) 两个力作用在杠杆上,使杠杆达到平衡,较小力臂所对应的力较小。( )
(3) 杠杆只有在水平位置静止才能平衡。( )
(4) 杠杆可能向较小的力方向转动。( )
2.如图,旗杆顶部有一个滑轮,它是_ _ _ _ 滑轮,若旗子受到的重力为,则最少需要_ _ _ _ 的力才能使旗子匀速上升。
命题研究 聚焦怎么考
命题点1 杠杆的类型★☆☆
考向命题点1
对于此部分内容,中考题往往取材于实际生活中常见的物品或科技前沿、古代技术等,来检查学生对杠杆分类的理解。
妙招命题点1
针对常见的物品,根据用途直接判断杠杆的类型;
针对陌生的场景,根据杠杆的结构判断力臂的长短关系,进而判断杠杆的类型。
1.[2024连云港]如图所示是生活中几种常见的杠杆,其中属于费力杠杆的是( )
A.托盘天平 B.钢丝钳
C.开瓶扳手 D.模子
2.[2025常州]花生大丰收,小明用手剥壳,手指又酸又痛。他用硬棒自制“碎壳神器”,用手对上面硬棒施加压力,即可压碎花生壳。下列图中,最省力的是( )
A. B.
C. D.
命题点2 杠杆的平衡条件★★★
考向命题点2
中考真题特点:既要针对真实的问题情境,建立正确的杠杆模型,明确支点、动力和阻力以及相应的力臂;还要基于杠杆平衡的条件进行推理或计算。
3.[2023淮安]如图所示,一根质地不均匀的硬棒重心在点,将硬棒通过绳1悬挂于点,2、3为两个支架,在绳与两支架的作用下,硬棒水平静止,此时绳与支架均对硬棒有弹力(绳的形变忽略不计)。
下列操作中,仍能使硬棒保持平衡的是( )
A.仅撤去支架2 B.仅撤去支架3
C.同时剪断绳1和撤去支架2 D.同时剪断绳1和撤去支架3
4.[2022淮安]如图所示,用力打开夹子过程中,标注的夹子支点、动力、阻力正确的是( )
A. B.
C. D.
5.[2025扬州]如图是兄弟二人抬水的场景。扁担相当于杠杆,若以哥哥的肩为支点,弟弟对扁担的作用力是动力,哥哥将水桶悬挂点向自己移动一段距离,动力臂_ _ _ _ ,阻力臂_ _ _ _ ,弟弟对扁担的作用力_ _ _ _ 。(填变化情况)
6.[2024泰州]“试弓定力”是《天工开物》中记载的一种测量弓弩最大弹力的方法。如图所示,点为提纽处,若,秤砣重,忽略秤杆重,杆秤平衡时,弓弦所受的拉力为_ _ _ _ ;为测出弓弩的最大弹力,应逐渐增加弓下方所挂重物的重力,再将秤砣悬挂点逐渐_ _ _ _ (靠近/远离)点。
易错
动力和阻力必须作用在同一个硬棒(杠杆)上;
动力和阻力作用效果相反;
动力和阻力的大小关系与动力臂和阻力臂有关。
命题点3 杠杆的作图★★☆
考向命题点3
1.画力臂:从支点出发往力的作用线作垂线。当力的线段不够长时,沿力的方向用虚线作力的作用线。
2.画动力或阻力:一是力的作用点在杠杆上;二是力的方向满足动力和阻力使杠杆转动的方向相反;三是动力和阻力大小关系要符合杠杆的类型。
3.画最小动力:最小动力与力的作用点和支点的连线垂直。
7.按要求作图。
(1) [2024徐州节选]如图甲所示,请画出撑开雨伞时,撑杆对伞骨作用力的力臂。
(2) [2023南通]如图乙,杠杆保持静止,为支点,请作出动力的力臂和阻力。
(3) 如图丙所示,某养生壶的壶盖可看作一个杠杆,请在图中画出开启壶盖时,作用在点的阻力和作用在点最小的动力。
命题点4 滑轮及滑轮组的应用★★★
考向命题点4
相关滑轮的中考真题主要考查两种滑轮对力的大小和方向的影响情况、滑轮组绕绳,或是以滑轮组为背景,融合速度、功、功率和机械效率一起进行计算或推理。
8.[2024盐城]下列挪动球形石墩的方法中,最省力的是( )
A. B.
C. D.
9.[2023南通节选]如图所示,小明匀速向下拉动绳子,内物体上升,,,不计绳重和摩擦。
(1) 物体上升的速度_ _ _ _ ;
(2) 动滑轮的重_ _ _ _ 。
10.[2025苏州]图中,地上的人用滑轮组提升重物,画出最省力的绳子绕法。
妙招
1.动滑轮和定滑轮数量相同的滑轮组,从动滑轮开始绕绳最省力,从定滑轮开始绕绳既省力又能改变力的方向。
2.动滑轮和定滑轮数量不同的滑轮组,从数量少的滑轮开始绕绳。
综合提升
杠杆动态平衡的分析与判断
提升技巧
1.明确支点的位置;
2.在杠杆模型上,画出动力和阻力的示意图,并画出动力臂和阻力臂;
3.根据杠杆变化情况,判断阻力、动力臂和阻力臂是否变化,如何变化;
4.根据公式 判断动力随自变量的变化趋势。
11.[2024苏州]阻力臂改变 健身步道上的坐式划船训练器如图所示。人坐在座板上,用始终与把手垂直的力缓慢向后将把手拉至身体两侧,此过程中,拉力大小变化情况是_ _ _ _ _ _ _ _ 。若要增加训练强度,应将配重盘向_ _ _ _ 端移。
变式11-1.动力臂改变 如图,在轻质杠杆的中点悬挂一个重物,在端施加一个力,力的方向由1缓慢变化为2,在这个过程中杠杆始终在水平位置平衡,则下列说法正确的是( )
A.力的大小变大
B.力的大小先变小后变大
C.力和它力臂的乘积先变大后变小
D.力和它力臂的乘积先变小后变大
变式11-2.两力臂同时改变 如图为某同学设计的“路边空中绿化存车亭”的工作原理图。为转动轴,存车亭固定在B端,电动机借助定滑轮用绳将杆拉起。如果不考虑杆的重力和机械各部分的摩擦力,存车亭从水平地面被提升到如图所示的位置,作用在B点的动力将( )
A.逐渐变小 B.逐渐变大
C.先变小后变大 D.先变大后变小
重点实验 多维透析
实验15 探究杠杆的平衡条件★☆☆
实验要点梳理
1.支点处于杠杆中点的目的是避免杠杆自重对实验结果产生影响。
2.实验前,应先调节杠杆在水平位置平衡,操作方法是左端高向右调平衡螺母,右端高向左调平衡螺母(即左偏右调、右偏左调)。
3.实验前调节杠杆在水平位置平衡的目的是便于直接从杠杆上读取力臂大小,同时也便于控制多次实验中杠杆的位置相同。
4.实验前调整杠杆水平平衡后,实验过程中不能再调节平衡螺母。
5.将钩码换成弹簧测力计的好处是能直接测出拉力的大小,实验操作更方便。但需要注意的是,使测力计倾斜拉杠杆时,力臂不再等于力的作用点对应的刻度值。
实验一题透练
问题
在“探究杠杆平衡条件”的实验中:
图1 图2
图3 图4
基础设问
证据
(1) 实验前,将装置放在水平桌面上,杠杆如图1所示,应将_ _ _ _ _ _ _ _ 向_ _ _ _ 调节,把铅垂线放置于点,从正前方观察,当零刻度线与铅垂线_ _ _ _ (选填“重合”或“垂直”)时杠杆在水平位置平衡。
(2) [杠杆平衡条件的应用] 如图2所示,在点挂上_ _ _ _ 个钩码,杠杆将在水平位置平衡;再次在其两边各加上一个钩码,杠杆_ _ _ _ 侧会下降。
解释
(3) 多次实验,记录的数据如下表,可得、、、之间的关系是:_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
实验序号 动力 动力臂 阻力 阻力臂
1 1.0 6.0 2.0 3.0
2 1.5 4.0 3.0 2.0
3 2.0 2.0 4.0 1.0
(4) 下列实验中多次测量的目的与本次探究不同的是_ _ _ _ 。
A.测量铅笔长度
B.探究重力与质量的关系
C.探究反射角与入射角的关系
拓展设问
(5) [2024镇江][评估方案] 小明用如图3所示装置探究杠杆衡条件,实验中杠杆始终保持水平平衡。此时弹簧测力计处于竖直方向,他发现弹簧测力计示数稍稍超过量程。为了完成实验,下列方案可行的是( )
A.钩码的数量适当增加
B.钩码的位置适当左移
C.弹簧测力计转到图中虚线位置
D.弹簧测力计位置适当向左平移
(6) [2024淮安节选]
① [杠杆的作图] 请在图4中画出的力臂。
② [杠杆平衡条件的应用] 图4中的力臂为_ _ _ _ 。当的大小为时,竖直向上拉杠杆,仍使杠杆在水平位置平衡,_ _ _ _ 。
(7) [猜想假设] 如图5所示,在左侧点悬挂三个钩码(每个钩码重),再用弹簧测力计在点拉杠杆。杠杆重新在水平位置平衡时,弹簧测力计的示数可能为_ _ _ _ (选填序号)。
图5
A. B. C. D.
创新设问
交流
(8) 与关系图像分析 利用图6所示装置进行实验探究,轻质杠杆可绕转动,点悬挂一重物,点受到弹簧测力计竖直向上的拉力,杠杆水平静止。保持方向不变,的力臂记为,改变点位置,与的关系图像为图7中的①;若将从移至,再重复上述步骤,上述关系图像应为图7中的_ _ _ _ (选填“①”“②”“③”或“④”)。
图6 图7
(9) [2024淮安节选][解决实际问题] 小明学过杠杆知识后自制了一根杆秤(自重不计),如图8所示,要想增大杆秤的测量范围,你有哪些方法?_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ (写出一种方法即可)。
图8
第1讲 杠杆和滑轮
考点通关 直击考什么
考点1 杠杆
1.一固定点
2.(1) 点
(2) 使
(3) 阻碍
(4) 动力作用线
(5) 阻力作用线
考点2 杠杆的平衡条件
2.动; 阻
考点3 杠杆的分类
省力; ; 费力; ; 等臂;
考点4 滑轮与滑轮组的特点
能; 不能
考点5 其他简单机械
夯基综合练
1.(1) ×
(2) ×
(3) ×
(4) √
2.定; 10
命题研究 聚焦怎么考
命题点1 杠杆的类型★☆☆
1.D 2.A
命题点2 杠杆的平衡条件★★★
3.A 4.A
5.不变; 变小; 变小
6.450; 远离
命题点3 杠杆的作图★★☆
7.(1) 如图所示
(2) 如图所示
(3) 如图所示
命题点4 滑轮及滑轮组的应用★★★
8.A
9.(1) 0.1
(2) 2
10.如图所示
综合提升
11.逐渐变小;
变式11-1 B
变式11-2 A
[解析]存车亭从水平地面被提升到如图位置,即绳垂直于杆的过程中,动力臂逐渐变大、阻力臂逐渐变小,且阻力不变(阻力大小等于存车亭的重力),根据杠杆的平衡条件可知,在此过程中作用在点的动力逐渐变小。
重点实验 多维透析
实验15 探究杠杆的平衡条件★☆☆
实验一题透练
(1) 平衡螺母; 右; 重合
(2) 2; 右
(3)
(4) A
(5) D
(6) ① 如图所示
② 10.0; 0.5
(7) BCD
(8) ④
[解析]由题意可知,保持杠杆水平静止,将拉力的作用点从移至,此过程中方向保持不变,根据杠杆平衡条件可得,解得;将从移至,由杠杆平衡条件可得,解得。两式中与均成正比例关系,由图7可知,,则移动后图像的斜率小于移动前图像的斜率,因此将从移至,与的关系图像为过原点且斜率比①小的④。
(9) 换用质量更大的秤砣