物理老師每年都會上這樣一堂物理課,每一次上這節課時,物理老師都會帶着一大堆生活用具走進課堂,每一次進入課堂,學生們都瞪大了眼睛,看着這些用具,開始叽叽喳喳讨論個不停!
“今天物理老師要幹什麼?這一大堆東西是做什麼用的?”
物理老師每次都開玩笑的說,“今天上課誰不守紀律、調皮搗蛋的,我就用手裡的這個鐵鍁收拾你!”
學生們都半信半疑的逐漸安靜下來。
看看這一大堆生活用具吧,包括——各種剪刀、鉗子、夾子、指甲刀、鑷子、掃帚、鐵鍁、釣魚竿、新式拖把等等。滿滿的一大堆!
那麼這節物理課到底要講什麼物理知識呢?
一部分聰明的中學生已經想到了,沒錯,就是“杠杆及其應用”!
先仔細觀察一下這兩種工具,不要因為司空見慣,就輕視它,我們中學物理知識往往就蘊含在這些最司空見慣的生活用品中,隻要仔細觀察,深入思考,處處都是物理知識,處處都可以成為中考物理題!
當我們把這個指甲刀拆開,發現其構造非常簡單,其實就是一把鑷子、一個支架、一個帶鈎的軸!
什麼?指甲刀怎麼成了鑷子?請看一下上面這把真正的鑷子,它其實是由兩個杠杆組成的,仔細觀察支點、動力、阻力、動力臂、阻力臂,我們會發現由于動力臂小于阻力臂,根據杠杆平衡公式,動力大于阻力,所以鑷子身上的兩個杠杆其實都是費力杠杆!
看看上面這幅圖中被拆解後的指甲刀吧,是不是和鑷子一模一樣呢?隻不過是鑷子的縮小版本而已。所以,指甲刀的這兩個夾子其實是兩個和鑷子一樣的費力杠杆!
上面這幅圖是對鑷子和指甲刀中的兩個費力杠杆的解析圖!
我們把指甲刀再重新安裝好,這個上方與大拇指接觸的支架又是什麼杠杆呢?我們首先得找到它的支點!這是這類杠杆問題的突破口!所謂的支點,就是杠杆上每一個點都會圍繞着它轉動的點,也就是固定不動的那個點!
具體實物分析圖如上圖,注意,支點、動力作用點、阻力作用點這三個點都是在杠杆身上的!也就是說“三點共杆”!千萬不要把其中一個點畫到别的物體身上,這是這類題最容易犯錯的地方!
上面這個圖就是對AOB這個杠杆的分析圖,注意垂直符号!不能丢掉!通過分析得知,由于動力臂大于阻力臂,所以動力小于阻力,所以它是個省力杠杆!
綜合分析以上圖,可以得出,杠杆其實是由兩個費力杠杆和一個省力杠杆組成的!上面這幾幅圖是一位中考學霸在課堂上跟着物理老師講課時的黑闆畫圖所做的物理筆記,記錄的非常認真、細緻、實用!
生活中的夾子有各式各樣的,上面這種夾子,對其中的一個杠杆分析如圖,可知由于動力臂大于阻力臂,所以,動力小于阻力,為省力杠杆!
注意上面這幅圖中的夾子和剛才那幅圖中的不同,剛才産生阻力的那根鋼圈産生的阻力作用點與手用力産生的動力作用點是在支點的兩側,而這幅圖中的夾子的動力作用點與阻力作用點都在支點的同一側!
看清楚内部結構,我們就能很容易的畫出動力作用線、阻力作用線、動力臂、阻力臂了,由于力臂大小其實就是支點到力的作用線的距離!也就是說是“點到線的距離”!也就是說力臂永遠要與力的作用線垂直!所以每一次畫力臂都一定要注意垂直符号!
剪刀這個工具很特殊,由于用途不同,導緻有很多種,即便是同一把剪刀,由于手的用力位置不同以及剪刀剪的位置不同,也會導緻最終省力杠杆與費力杠杆的判斷結果不同!如上圖,很顯然,為省力杠杆!注意,此時圖中的動力作用點作用在剪刀柄上!不是作用在大拇指上!牢記“三點共杆”!
此時,手上的感覺會比剛才吃力很多,這時候需要用刻度尺精确的去測量一下,如果動力臂大于阻力臂,則為省力杠杆!如果阻力臂大于動力臂,則為費力杠杆!
類似剛才的剪刀,有一種鉗子也比較特殊,尖嘴鉗子,嘴很長,把比較短,如果像圖中這樣用力,很顯然,動力臂大于阻力臂,為省力杠杆!
此時,由于手用力的地方為把的最遠端,依然為省力杠杆!
這樣的鉗子,如圖分析可知,為省力杠杆!
這幅圖中還有兩個工具沒有分析,聰明的中學生們應該很快能用同樣的方法分析出來了。下面這幾幅杠杆分析圖,我在前面發布的文章中已經寫過相關内容,今天不再詳細叙述,中學生朋友們一定也要掌握住。
這道物理題是2017年山東某地區的一道中考物理題,這道題的出錯率非常高,很多學生由于懶于畫圖,然後想當然的誤以為踮起腳尖為費力杠杆,這種失分非常遺憾!
掃帚掃地的過程,正常情況下,支點是在後面的手作用在掃帚上的位置,因為這樣掃地的範圍很大,這種情況下,掃地時掃帚為費力杠杆!
通過上面這兩幅圖,可以非常清晰的看出來,動力臂小于阻力臂,導緻動力大于阻力!
類似的,用鐵鍁鏟雪或者鏟土時,為了活動範圍更大,支點也是在後面的手作用在鐵鍁柄的位置。所以,鐵鍁也是費力杠杆。
類似掃帚和鐵鍁,釣魚竿釣魚時,釣魚竿也是費力杠杆,這一點,同學們憑空一畫圖就明白了。
拖把的這個手拉杆也是個杠杆,通過圖中分析可知,動力臂非常大,所以動力遠小于阻力,為省力杠杆!
這裡有一個問題,中學生朋友們一定要記住:不要以為生活中的工具感覺很費力就是費力杠杆,不要以為工具用着感覺很省力就是省力杠杆!省力杠杆與費力杠杆的判斷一定要依據畫圖和杠杆平衡公式!我們人的感覺在判斷物理知識時經常會出現誤導性錯誤結果!
所以,根據實驗驗證和科學推理得出的結論才是正确的、科學的結論!
以上所有的杠杆都在全國各地的中考題中出現過,希望中學生朋友們,尤其是九年級的同學們,一定要全部掌握住,靈活運用,學會畫圖的方法和判斷方法!
看一下下面這兩個杠杆應用吧
費力杠杆
費力杠杆
下圖是杠杆問題中比較難的一類題:杠杆動态平衡問題:
中學生朋友們,生活中處處都是物理知識,養成見物思理的習慣吧!
中學生朋友們,為了美好的未來和夢想,加油!
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