物理老师每年都会上这样一堂物理课,每一次上这节课时,物理老师都会带着一大堆生活用具走进课堂,每一次进入课堂,学生们都瞪大了眼睛,看着这些用具,开始叽叽喳喳讨论个不停!
“今天物理老师要干什么?这一大堆东西是做什么用的?”
物理老师每次都开玩笑的说,“今天上课谁不守纪律、调皮捣蛋的,我就用手里的这个铁锨收拾你!”
学生们都半信半疑的逐渐安静下来。
看看这一大堆生活用具吧,包括——各种剪刀、钳子、夹子、指甲刀、镊子、扫帚、铁锨、钓鱼竿、新式拖把等等。满满的一大堆!
那么这节物理课到底要讲什么物理知识呢?
一部分聪明的中学生已经想到了,没错,就是“杠杆及其应用”!
先仔细观察一下这两种工具,不要因为司空见惯,就轻视它,我们中学物理知识往往就蕴含在这些最司空见惯的生活用品中,只要仔细观察,深入思考,处处都是物理知识,处处都可以成为中考物理题!
当我们把这个指甲刀拆开,发现其构造非常简单,其实就是一把镊子、一个支架、一个带钩的轴!
什么?指甲刀怎么成了镊子?请看一下上面这把真正的镊子,它其实是由两个杠杆组成的,仔细观察支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂,我们会发现由于动力臂小于阻力臂,根据杠杆平衡公式,动力大于阻力,所以镊子身上的两个杠杆其实都是费力杠杆!
看看上面这幅图中被拆解后的指甲刀吧,是不是和镊子一模一样呢?只不过是镊子的缩小版本而已。所以,指甲刀的这两个夹子其实是两个和镊子一样的费力杠杆!
上面这幅图是对镊子和指甲刀中的两个费力杠杆的解析图!
我们把指甲刀再重新安装好,这个上方与大拇指接触的支架又是什么杠杆呢?我们首先得找到它的支点!这是这类杠杆问题的突破口!所谓的支点,就是杠杆上每一个点都会围绕着它转动的点,也就是固定不动的那个点!
具体实物分析图如上图,注意,支点、动力作用点、阻力作用点这三个点都是在杠杆身上的!也就是说“三点共杆”!千万不要把其中一个点画到别的物体身上,这是这类题最容易犯错的地方!
上面这个图就是对AOB这个杠杆的分析图,注意垂直符号!不能丢掉!通过分析得知,由于动力臂大于阻力臂,所以动力小于阻力,所以它是个省力杠杆!
综合分析以上图,可以得出,杠杆其实是由两个费力杠杆和一个省力杠杆组成的!上面这几幅图是一位中考学霸在课堂上跟着物理老师讲课时的黑板画图所做的物理笔记,记录的非常认真、细致、实用!
生活中的夹子有各式各样的,上面这种夹子,对其中的一个杠杆分析如图,可知由于动力臂大于阻力臂,所以,动力小于阻力,为省力杠杆!
注意上面这幅图中的夹子和刚才那幅图中的不同,刚才产生阻力的那根钢圈产生的阻力作用点与手用力产生的动力作用点是在支点的两侧,而这幅图中的夹子的动力作用点与阻力作用点都在支点的同一侧!
看清楚内部结构,我们就能很容易的画出动力作用线、阻力作用线、动力臂、阻力臂了,由于力臂大小其实就是支点到力的作用线的距离!也就是说是“点到线的距离”!也就是说力臂永远要与力的作用线垂直!所以每一次画力臂都一定要注意垂直符号!
剪刀这个工具很特殊,由于用途不同,导致有很多种,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,也会导致最终省力杠杆与费力杠杆的判断结果不同!如上图,很显然,为省力杠杆!注意,此时图中的动力作用点作用在剪刀柄上!不是作用在大拇指上!牢记“三点共杆”!
此时,手上的感觉会比刚才吃力很多,这时候需要用刻度尺精确的去测量一下,如果动力臂大于阻力臂,则为省力杠杆!如果阻力臂大于动力臂,则为费力杠杆!
类似刚才的剪刀,有一种钳子也比较特殊,尖嘴钳子,嘴很长,把比较短,如果像图中这样用力,很显然,动力臂大于阻力臂,为省力杠杆!
此时,由于手用力的地方为把的最远端,依然为省力杠杆!
这样的钳子,如图分析可知,为省力杠杆!
这幅图中还有两个工具没有分析,聪明的中学生们应该很快能用同样的方法分析出来了。下面这几幅杠杆分析图,我在前面发布的文章中已经写过相关内容,今天不再详细叙述,中学生朋友们一定也要掌握住。
这道物理题是2017年山东某地区的一道中考物理题,这道题的出错率非常高,很多学生由于懒于画图,然后想当然的误以为踮起脚尖为费力杠杆,这种失分非常遗憾!
扫帚扫地的过程,正常情况下,支点是在后面的手作用在扫帚上的位置,因为这样扫地的范围很大,这种情况下,扫地时扫帚为费力杠杆!
通过上面这两幅图,可以非常清晰的看出来,动力臂小于阻力臂,导致动力大于阻力!
类似的,用铁锨铲雪或者铲土时,为了活动范围更大,支点也是在后面的手作用在铁锨柄的位置。所以,铁锨也是费力杠杆。
类似扫帚和铁锨,钓鱼竿钓鱼时,钓鱼竿也是费力杠杆,这一点,同学们凭空一画图就明白了。
拖把的这个手拉杆也是个杠杆,通过图中分析可知,动力臂非常大,所以动力远小于阻力,为省力杠杆!
这里有一个问题,中学生朋友们一定要记住:不要以为生活中的工具感觉很费力就是费力杠杆,不要以为工具用着感觉很省力就是省力杠杆!省力杠杆与费力杠杆的判断一定要依据画图和杠杆平衡公式!我们人的感觉在判断物理知识时经常会出现误导性错误结果!
所以,根据实验验证和科学推理得出的结论才是正确的、科学的结论!
以上所有的杠杆都在全国各地的中考题中出现过,希望中学生朋友们,尤其是九年级的同学们,一定要全部掌握住,灵活运用,学会画图的方法和判断方法!
看一下下面这两个杠杆应用吧
费力杠杆
费力杠杆
下图是杠杆问题中比较难的一类题:杠杆动态平衡问题:
中学生朋友们,生活中处处都是物理知识,养成见物思理的习惯吧!
中学生朋友们,为了美好的未来和梦想,加油!
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