北京和上海相距1318公里,“复兴号”高铁以v km/h的速度行驶,可在 小时后到达
“给我一个支点,我可以撬动地球”这句话是哪位科学家说的?其原理是什么?你认为可能吗?
古希腊物理学家阿基米德
杠杆原理
1.什么是“杠杆原理”?
当阻力和阻力臂不变时,动力与动力臂是反比例函数关系.
阻力×阻力臂=动力×动力臂
2.当阻力和阻力臂不变时,动力与动力臂有怎样的函数关系?
例1 小伟欲用撬棍撬动一块大石头,已知阻力和阻力臂分别为 1 200 N和0.5 m.
(1)动力F与动力臂l有怎样的函数关系?当动力臂为1.5 m时,撬动石头至少需要多大的力?
(2)若想使动力F不超过题(1)中所用力的一半,则动力臂l至少要加长多少?
(3)你能利用反比例函数知识解释:为什么使用撬棍时,动力臂越长越省力吗?
解:(1)根据“杠杆原理”,得 Fl =1200×0.5,
∴ F 关于l 的函数解析式为
当 l=1.5m 时,
对于函数 ,当 l =1.5 m时,F =400 N,此时杠杆平衡. 因此撬动石头至少需要400N的力.
(2)对于函数 ,F 随 l 的增大而减小. 因此,只要求出 F =200 N 时对应的 l 的值,就能 确定动力臂 l 至少应加长的量.
当F=400× =200 时,由200 = 得
300-1.5 =1.5 (m).
对于函数 ,当 l >0 时,l 越大,F越小. 因此,若想用力不超过 400 N 的一半,则动力臂至少要加长 1.5 m.
练一练
假定地球重量的近似值为 6×1025 牛顿 (即阻力),阿基米德有 500 牛顿的力量,阻力臂为 2000 千米,请你帮助阿基米德设计,该用多长动力臂的杠杆才能把地球撬动?
由已知得F×l=6×1025×2×106 =1.2×1032 米,
当 F =500时,l =2.4×1029 米,
解: 2000 千米 = 2×106 米,
变形得:
故用2.4×1029 米动力臂的杠杆才能把地球撬动.
例2 市煤气公司要在地下修建一个容积为104 m3的圆柱形煤气储存室.
(1)储存室的底面积S(单位:m?)与其深度d(单位:m)有怎样的函数关系?
(2)公司决定把储存室的底面积S定为500 m?,施工队施工时应该向下掘进多深?
(3)当施工队按(2)中的计划掘进到地下15 m时, 公司临时改变计划,把储存室的深度改为15 m,相应地,储存室的底面积应改为多少?(结果保留小数点后两位)
解:(1)根据圆柱体的体积公式,得Sd =104,
∴ S 关于d 的函数解析式为
解得d = 20.
如果把储存室的底面积定为 500 m?,施工时应向地下掘进 20 m 深.
(2)把 S = 500 代入 ,得
解得S≈666.67.
当储存室的深度为15 m 时,底面积应改为 666.67 m?.
(3)根据题意,把 d =15 代入 ,得
例3 码头工人每天往一艘轮船上装载30吨货物,装载完毕恰好用了8天时间.
(1)轮船到达目的地后开始卸货,平均卸货速度v
(单位:吨/天)与卸货天数t之间有怎样的函数关系?
(2)由于遇到紧急情况,要求船上的货物不超过5天卸载完毕,那么平均每天至少要卸载多少吨?
[解析]根据平均装货速度×装货天数=货物的总量,可以求出轮船装载货物的总量;再根据平均卸货速度=货物的总量÷卸货天数,得到 v 关于 t 的函数解析式.
解:(1)设轮船上的货物总量为 k 吨,根据已知条件得
k =30×8=240,所以 v 关于 t 的函数解析式为
从结果可以看出,如果全部货物恰好用 5 天卸载完,则平
均每天卸载 48 吨. 而观察求得的反比例函数的解析式可知,
t 越小,v 越大. 这样若货物不超过 5 天卸载完,则平均每
天至少要卸载 48 吨.
解: (2)把 t =5 代入 ,得
方法总结:在解决反比例函数相关的实际问题中,若题目要求“至多”、“至少”,可以利用反比例函数的增减性来解答 .
例4 一个用电器的电阻是可调节的,其范围为110~
220 Ω,已知电压为220 V,这个用电器的电路图如图所示.
(1)输出功率P与电阻R有怎样的
函数关系?
(2)这个用电器功率的范围是多少?
解:(1)根据电学知识,
当 U = 220 时,得
解:(2)根据反比例函数的性质可知,电阻越大,功率越小.
把电阻的最小值 R = 110 代入求得的解析式,得到功率的最大值
把电阻的最大值 R = 220 代入求得的解析式,
得到功率的最小值
因此用电器功率的范围为220~440 W.
练习
1.如图所示是某一蓄水池每小时的排水量V(m3/h)与排完水池中的水所用的时间t(h)之间的函数关系图象.
(1)请你根据图象提供的信息求
出此蓄水池的蓄水量;
(2)写出此函数的解析式;
(3)若要6 h排完水池中的水,那么每小时的排水量应该是多少?
(4)如果每小时排水量是5 000 m3,
那么水池中的水要多少小时排完?
解:(1)48 000 m3;
(2) ;
(4)t=9.6 h.
(3)8 000 m3/h;
2.某商场出售一批进价为2元一张的贺卡,在市场营销中发现此商品的日销售单价x(元)与日销售量y(张)之间有如下关系:
x(元)
3
4
5
6
y(张)
20
15
12
10
(1)请你认真分析表中的数据,从你学习过的一次函数、反比例函数和其他函数中确定哪种函数能表示其变化规律,说明确定是这种函数而不是其他函数的理由,并求出它的解析式;
(2)设经营此贺卡的日销售利润为w元,求出w与x之间的函数解析式.若物价局规定此贺卡的售价最高不能超过10元/张,请你求出当日销售单价x定为多少时,才能获得最大日销售利润?
解:(1)这个函数是反比例函数 , 解析式为
当x=10元时才能获得最大日销售利润.
(2) w与x之间的函数解析式为
谢 谢 观 看!