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  4. 杠杆的平衡条件连通器原理及应用

物理知识在生活中有广泛的应用,洗手池的下水管道常常做成如图所示的弯管,图1中虚线框内部分弯管是利用物理模型_________的原理来设计的,园艺师傅使用如图2所示的剪刀修剪

一、题文

物理知识在生活中有广泛的应用,洗手池的下水管道常常做成如图所示的弯管,图1中虚线框内部分弯管是利用物理模型 _________ 的原理来设计的,园艺师傅使用如图2所示的剪刀修剪树枝时,常把树枝尽量往剪刀轴O靠近,这样做的目的是通过 _________ 方式达到省力的目的.

考点提示:杠杆的平衡条件,连通器原理及应用

二、答案

连通器;减小阻力臂

三、考点梳理

知名教师分析,《物理知识在生活中有广泛的应用,洗手池的下水管道常常做成如图所示的弯管,图1中虚线框内部分弯管是利用物理模型_________的原理来设计的,园艺师傅使用如图2所示的剪刀修剪》这道题主要考你对 杠杆的平衡条件连通器原理及应用 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:杠杆的平衡条件,连通器原理及应用

考点名称:杠杆的平衡条件
  • 杠杆的平衡条件:
    动力×动力臂=阻力×阻力臂。

    在杠杆平衡时,动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之几。

  • 利用杠杆平衡条件来分析和计算有关问题,一般遵循以下步骤:
    (1)确定杠杆支点的位置。
    (2)分清杠杆受到的动力和阻力,明确其大小和方向,并尽可能地作出力的示意图。
    (3)确定每个力的力臂。
    (4)根据杠杆平衡条件列出关系式并分析求解。

    例:如图所示,AOB为一机械设备的简化示意图,我们可以把它看成杠杆(自重不计),已知AO= 2OB。固定D点,使OB处于水平位置,此时B端挂一重为40N的物体,要使杠杆不发生转动,至少需在A端施加F=____N的力,在图上画出此时力F的方向。

    解析:要想得到施加在A点的最小力,就要找到最大力臂,由图可知,最大力臂应是OA,故过A点作们的垂线,方向斜向下即为最小力。据杠杆平衡条件得:F·OA=G·OB,代入数值为F×2OB=40N×OB,解方程得F=20N。
    答案:20   力F的方向如图


    实验法探究杠杆平衡条件:
        实验前要调节杠杆的平衡螺母使其在水平位置上平衡,目的是使杠杆的重心落在支点上,从而消除杠杆的重力对平衡的影响。当杠杆水平平衡时,O点距悬挂钩码处的距离便是力臂,而且可用杠杆上的“格数”代替力臂大小。

    例:我们都做过“探究杠杆平衡条件”的实验。
    (1)实验没有挂钩码时,若杠杆左端下倾,则应将右端的平衡螺母向____(选填“左”或“右”)调节,使杠杆在水平位置平衡。实验前使杠杆水平平衡的目的是____.
    (2)实验中,用图所示的方式悬挂钩码,杠杆也能水平平衡(杠杆上每格等距),但老师却提醒大家不要采用这种方式。这主要是因为该种方式(    )
    A.一个人无法独立操作
    B.需要使用太多的钩码
    C.力臂与杠杆不重合
    D.力和力臂数目过多
    (3)图中,不改变支点O右侧所挂的两个钩码及其位置,保持左侧第____格的钩码不动,将左侧另外两个钩码改挂到它的下方,杠杆仍可以水平平衡。

    解析:(1)实验前要调节杠杆的平衡螺母使其在水平位置平衡,目的是方便地测量力臂。调节方法是将平衡螺母向杠杆偏高的一端调,即哪端轻向哪端调。
    (2)探究杠杆平衡条件时,用的力和力臂数目过多,每个力都会给杠杆转动带来影响,给探究过程带来麻烦。
    (3)根据杠杆平衡条件,即,所以l1=2(格)。

    答案:(1)右方便地测量力臂(2)D(3)2

    利用杠杆平衡条件求最小力的方法:
        由公式可知,当阻力、阻力臂一定时,动力臂越长,动力越小。当动力臂最长时,动力最小。要求最小动力,必须先画出最大动力臂。
    1.寻找最大动力臂的方法
    (1)当动力作用点确定后,支点到动力作用点的线段即为最大动力臂;
    (2)动力作用点没有规定时,应看杠杆上哪一点离支点最远,则这一点到支点的距离即为最大动力臂。
    2.作最小动力的方法
    (1)找到最大动力臂后,过作用点作动力臂的垂线;
    (2)根据实际,动力能使杠杆沿阻力作用的反方向转动,从而确定动力的方向。

  •  

考点名称:连通器原理及应用
  • 定义:
    上端开口,下端连通的容器叫连通器,如图所示。
  • 特点:
    连通器里的同种液体不流动时,各容器中的液面总保持相平。

    应用:
    乳牛自动喂水器、茶壶、锅炉水位计、船闸等。如图所示。

    说明:
    (1)连通器的特点既可以通过实验归纳得出,也可以通过理论推导得出。
    (2)理论推导的过程(建立模型法):如图,液体不流动一液片处于平衡状态一液片两侧受到的压力相等(F左=F右)→液片两侧受到的压强相等(p左=P右)→两管液面高度相等(h左=h右)→两管液面相平。

     (3)连通器特点应用:连通器的特点是只有容器内装有同一种液体时各个容器中的液面才是相平的。如果容器倾斜,则各容器中的液体即开始流动,由液柱高的一端向液柱低的一端流动,直到各容器中的液面相平时,才停止流动。

  • 压强计
        压强计是测量液体内部压强的仪器(如图所示),它由探头,U形管,软管组成,当探头的薄膜(橡皮模) 受压强的作用时,U形管左右两侧液面就会产生高度差,液面高度差越大,薄膜(橡皮模)受到的压强越大。


    船闸:

         船闸是利用连通器原理T作的。通过闸门和阀门的打开、关闭,调节船闸内的水位分别与上、下游水位相平,使船经过船闸从上游驶往下游或从下游驶往上游。当上游闸门打开时,闸室与上游河流构成连通器;当下游闸门打开时,闸室与下游河流构成连通器,这样使落差较大的河面上能让船只正常安全地行驶。下面描述的是一艘轮船由上游通过船闸驶往下游的情况。
    (1)如图l船在上游(打开上游阀门A,闸室和上游水道构成了一个连通器)。
    (2)如图2船进入闸室中(闸室水面上升到和上游水面相平后,打开上游闸门,船驶入闸室)。
    (3)如图3船准备出闸室(打开下游阀门B,闸室和下游水道构成了一个连通器)。

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