简单机械作图例谈

综观历年来各省市中考物理试题,作图题是经常考查的题目.通过作图题可以充分考查同学们的分析能力、运用知识解决实际问题的能力,并对培养同学们严谨的学习态度大有裨益.下面浅析几例,希望能帮助同学们加深对简单机械作图的理解,掌握作图的技巧.

一、有关杠杆中力和力臂的问题

例1请在图1中画出用瓶盖起子启瓶盖的动力F1的力臂l1和阻力F2.

解析本题考查同学们将生活实例转化为物理模型的能力.

解题步骤:(1)瓶盖起子启瓶盖时可视为杠杆,且杠杆的支点为O点;(2)动力和阻力都是作用在杠杆上的力.所以F1为人手对起子施加的动力;在B点起子受到瓶盖向下的压力F2,就是阻力.(3) 沿动力F1的反方向画出延长的虚线,从支点出发向力的作用线作垂线l1就是动力臂,最后用相应的符号标注出来.答案如图2所示.

点评此类题型一般比较单一,只要具有一定的日常生活经验,能够正确理解动力、动力臂、支点、阻力、阻力臂这些概念,并在作图时注意到“力臂是从支点到力的作用线的距离,但不等于支点到力的作用点的距离”这个关键问题就可以了,这一点也是同学们作图时最容易出错的问题,应特别注意!

例2如图3所示,ABO是可绕O点转动的杠杆,B点处挂重力为G的物体,请画出悬挂重物G的绳对杠杆作用力的力臂l2和杠杆受细绳拉力的力臂l1.

解析画力臂的关键在于选准支点、判断力的作用线的方向及对力臂定义的理解.本题可先确定支点O,找出作用在杠杆上的动力的作用线AC和阻力的作用线BG,再画出力臂即支点O到力的作用线的垂直距离即可.答案见图4.

点评 本题是上一类型习题的拓展,由于题设陷阱,将F1的作用线扭曲,会造成考生的误判,使画出的力臂出错.

例3如图5所示,不计重力的杠杆OB可绕O点转动,重为6N的重物G悬挂在杠杆的中点A处,杠杆在水平位置保持平衡,已知拉力F1的力臂为l1,请在图中画出拉力F1.

解析本题要求同学们理解力与力臂的垂直关系,且力的作用点均在杠杆上.因为G对杠杆的拉力使杠杆沿顺时针方向转动,要使杠杆在水平位置保持平衡,必须给杠杆施加一个让杠杆沿逆时针方向旋转的力.答案见图6.

例4如图7所示,画出提起重物G所需最小动力的方向.

解析要求画出最小的力关键在于找到最大的力臂,从图中不难看出支点为O点.杠杆上面离支点最远的点是D点,则OD为最长动力臂.由于重物G使杠杆顺时针向下转动,那么提起重物的最小动力F应为逆时针向上,且F要垂直于OD才能保证OD为最长动力臂,这时F才为最小的动力.本题难点在于不是直接给出动力,而是求作动力方向.作图时最容易出现的错误是认为在D点施加一竖直向上的力为最小动力.

点评此类题型要求同学们知道无论动力还是阻力都作用在杠杆上;理解力臂:支点到力的作用线的垂直距离,即力臂与力的作用线是垂直关系.同学们只要根据题意找出与题意相符的力臂和判断出力的方向即可.

二、关于滑轮组的绳子缠绕方法的问题

例5请画出用图9中滑轮组匀速提起重物最省力的情况下绳子的绕法,并填写绳自由端拉力F与物重G之间的关系.(不计滑轮重、绳重及内部摩擦)

解析根据图形可知:构成滑轮组的滑轮有2个,要求绳子缠绕最省力,可以断定承担动滑轮的绳子有3股.进一步确定绳子的自由端应该从动滑轮上绕出去,然后依次绕接定滑轮动滑轮的挂钩.如图10所示.

例6利用图11中的滑轮组,用400N向下的拉力将重为1800N的物体匀速提升到高处(绳、滑轮的自重及摩擦不计),请画出滑轮组上绳的绕法.

注意:该处采用只进不舍的数学计算法,即4.5取5,4.1也要取5.确定构成滑轮组的滑轮有4个,因为绳子股数5等于滑轮个数4加1,同时断定绳子的自由端应该从动滑轮上绕出去,然后由外向内依次绕过上面的大定滑轮下面的小动滑轮上面小定滑轮下面小动滑轮的挂钩.答案如图12所示.

例7如图13所示,小明同学设计了一滑轮组,想要用20N的动力拉动一只水平地面上的物体匀速向右运动.已知物体受地面的摩擦力为30N,滑轮组的机械效率为75%.现请你通过计算后画出小明的绕绳方法.

轮,与墙壁相连的滑轮为定滑轮,而n=2(股)与构成滑轮组的滑轮个数相等,所以断定绳子的自由端应从定滑轮上绕出去,然后顺次绕接动滑轮定滑轮的挂钩即可.答案如图14所示.

例8已知物重1300N,绳子承受的最大拉力为400N,在不计轮重及摩擦的情况下,试画出滑轮个数最少的滑轮组.

A=n或A=n-1.本题要求滑轮的个数最少即A=n-1=4-1=3(个). 3个滑轮构成滑轮组的搭配为:1定2动或1动2定.又由于绳子股数为4等于滑轮个数3加1,所以确定绳子的自由端肯定从动滑轮上绕出去.结合图15(绳子为3股,且自由端从定滑轮绕出去不合题意)和图16,我们可以确定应该选择图16 这种搭配.

点评解决此类问题必须知道:第一,滑轮组省力的特点:重物由几股绳子承担则拉力F的大小就是重物总重力的向上绕出去,则该滑轮组承担重物的绳子股数最多,拉力F最省力;若绳子自由端从定滑轮向下绕出去,则该滑轮组承担重物的绳子股数最少,拉力F最费力.第三,承担动滑轮绳子的股数n与构成滑轮组的滑轮个数A、绳子的自由端的绕出存在这样的关系:若n=A+1,即承担动滑轮的绳子股数比滑轮个数多1时,绳子的自由端应从动滑轮上绕出去;若n=A,即承担动滑轮的绳子股数等于滑轮的个数,绳子的自由端应从定滑轮上绕出去,而后顺次由外向内绕接就可以.