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  4. 杠杆的平衡条件速度公式及其应用力臂的画法

作为2010年上海世博会的重点配套工程--闵浦大桥是上海黄浦江上的第八座大桥,也是上海首座双层公路斜拉桥,全长3982.7m,跨过江的主跨达708m,是黄浦江上跨径最大的桥梁,如

一、题文

作为2010年上海世博会的重点配套工程-- 闵浦大桥是上海黄浦江上的第八座大桥,也是上海首座双层公路斜拉桥,全长3982.7 m,跨过江的主跨达708 m,是黄浦江上跨径最大的桥梁,如图甲所示.闵浦大桥通车后,从浦东国际机场经该桥可直达浙江省的嘉兴、湖州地区,还可与上海郊环、嘉金、莘奉金等高速公路相连接,架起此间又一座重要的“空中走廊”.    
(1)求一辆汽车以72 km/h的速度行驶通过大桥需要多少时间?   
(2)大桥采用双塔钢索斜拉式.将大桥一部分可抽象为如图乙所示的模型,F为桥重和车辆对桥的压力,F为钢索的拉力,O为支点,请在图丙中作出F的力臂L
(3)如果桥塔高度降低,此钢索的拉力是否改变?为什么?         
                                          甲

考点提示:杠杆的平衡条件,速度公式及其应用,力臂的画法

二、答案

解:(1)72 km/h =20 m/s,
t===199.135s≈3.3 min    
(2)如图所示    

(3)要变大,因为F、L不变,L减小,根据杠杆的平衡条件,则F增大

三、考点梳理

知名教师分析,《作为2010年上海世博会的重点配套工程--闵浦大桥是上海黄浦江上的第八座大桥,也是上海首座双层公路斜拉桥,全长3982.7m,跨过江的主跨达708m,是黄浦江上跨径最大的桥梁,如》这道题主要考你对 杠杆的平衡条件速度公式及其应用力臂的画法 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,速度公式及其应用,力臂的画法

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:速度公式及其应用
  • 速度的公式:
    ,其中v表示速度,s表示路程,t表示时间。

    注意:
    ①应用计算时,单位要统一。s用米(m),t用秒(s)作单位时,速度v的单位为米/秒 (m/s);当s用千米(km),t用小时(h)时,速度v的单位为千米/时(km/h)。
    ②公式的三个物理量必须对应于同一物体。
  • 火车过桥(隧道)问题:
       火车穿过隧道时,火车头进人隧道就开始算起,直到火车尾离开隧道才叫做火车通过了隧道,所以火车穿过隧道经过的路程应该等于隧道长与车身长度的和。过大桥时也类似,火车通过大桥经过的路程等于桥长加车长。故对于本身有长度的物体过桥问题小结如下:物体通过的路程等于桥长与物体本身长度的和。

    例1:一列火车长200米,用20s的时间穿过了一条100m长的隧道,该火车如果以这样的速度通过长 3.4km的大桥,要用多长时间?

    解析:火车穿过隧道时所走的路程: =100m+200m=300m,时间t1=20s,火车的速度:vl =,此速度也是火车通过大桥的速度,火车通过大桥的路程:=3400m+ 200m=3600m,通过此桥需要的时间为
    答案:240s

    出租车问题:
    1.出租车的速度表示车辆行驶过程中的行进速度,指针指示的数值就是该时刻的速度值,采用的单位为km/h。
    2.里程示数窗表示该车行驶的总路程,某段时间的路程就等于这段时间内两个示数的差。
    3.出租车票据上给出的上车、下车时间间隔为车行驶时间,里程就是这段时间内出租车通过的路程。利用这些信息,可以解决与出租车有关的多种问题。

    例某人乘出租车时得到一张天津市客运出租行业专用发票,如表所示,此人乘车时间为____;该车这段时间内运动的平均速度为____km/h。

    解析:根据出租车票据的起止时问,可以知道此人乘车时间为10min,出租车行驶的路程是5.5km,利用速度公式求出汽车的平均速度为:=33km/h。

考点名称:力臂的画法
  • 力臂:
    物体绕定轴或定点转动时,由力的作用线至转轴或定点间的垂直距离。
  • 杠杆力臂的画法——一找点、二画线、三作垂线段
    1.首先在杠杆的示意图上,确定支点O。

    2.画好动力作用线及阻力作用线,画的时候要用虚线将力的作用线延长。

    3.再从支点O向力的作用线引垂线,画出垂足。则从支点到垂足的距离就是力臂,力臂用虚线(或实线) 表示并用大括号标明,在旁边标上字母l1l2,分别表示动力臂或阻力臂。

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