2024中考物理三輪突破6講義簡單機械作圖學案

這是一份2024中考物理三輪突破6講義簡單機械作圖學案，共9頁。學案主要包含了杠桿示意圖的畫法，滑輪組的組裝等內容，歡迎下載使用。
講義
專題概述：簡單機械作圖包含杠桿五要素示意圖作圖、滑輪及滑輪組作圖。對于杠桿五要素作圖而言，作力臂或者根據(jù)力臂作動力、阻力以及最小力作圖，是主要考查點；對于滑輪及滑輪組而言，滑輪的杠桿示意圖以及滑輪組的繞制，特別是后者，是考查熱點。
類型一、杠桿示意圖的畫法
1.杠桿：在力的作用下能繞著固定點轉動的硬棒，這根硬棒就叫杠桿。
(1)“硬棒”泛指有一定長度的，在外力作用下不變形的物體。(2)杠桿可以是直的，也可以是任何形狀的。
2.杠桿的要素：(1)支點：杠桿繞著轉動的固定點，用字母“O”表示。它可能在棒的某一端，也可能在棒的中間，在杠桿轉動時，支點是相對固定；(2)動力：使杠桿轉動的力叫動力，用“F1”表示；(3)阻力：阻礙杠桿轉動的力叫阻力，用“F2”表示；(4)動力作用點：動力在杠桿上的作用點；(5)阻力作用點：阻力在杠桿上的作用點；(6)動力臂：從支點到動力作用線的垂直距離，用“”表示；(7)阻力臂：從支點到阻力作用線的垂直距離，用“”表示。
注意：無論動力還是阻力，都是作用在杠桿上的力，但這兩個力的作用效果正好相反。一般情況下，把人施加給杠桿的力或使杠桿按照人的意愿轉動的力叫做動力，而把阻礙杠桿按照需要方向轉動的力叫阻力。
【例1】如圖，壓指甲刀時，會出現(xiàn)3個杠桿構件。分析作用情況時，可一一分離出來抽象成杠桿模型。請你在方框內根據(jù)大拇指按壓那一塊構件的杠桿示意圖，標出支點O和動力F1。
【解析】大拇指按壓時構件繞著與下方構件接觸的點轉動，即為杠桿的支點O；
大拇指按壓構件的力為動力，大拇指與構件接觸點為其作用點，大拇指垂直于構件向下用力，即為動力的方向，所以支點O和動力F1如圖所示：
【分析】在做杠桿的題目中，確定支點是突破口；理解動力、阻力的定義是關鍵。
杠桿的支點是指杠桿圍繞轉動的固定點，因此，找到在杠桿轉動時，那個不動的點尤為重要；大拇指按壓時，大拇指按壓構件的力為動力，分析大拇指的作用點和用力方向即可作出F1。
力臂是點到線的距離，而不是支點到力的作用點的距離。力的作用線通過支點的，其力臂為零，對杠桿的轉動不起作用。
3.作力臂的一般步驟:①找到支點O；②確定力的作用線(注意力的作用線延長或反向延長時要畫成虛線)；③過支點作力的作用線的垂線；④支點到力的作用線的距離即為力臂,用相應的符號標出力臂“l(fā)1”“l(fā)2”， “l(fā)1”“l(fā)2”分別表示動力臂和阻力臂。
【例2】如圖，輕質杠桿平衡，請作出動力F1的力臂l1和杠桿所受阻力F2的示意圖。
【解析】由圖可知支點是O點，從O點向動力F1的作用線作垂線，支點到垂足的距離就是動力臂l1。
阻力F2是物體A對杠桿的拉力，作用點在杠桿上，方向豎直向下，如圖所示：
【總結】會確定物體受力的方向，會用力的示意圖表示物體受力情況，知道力臂的正確畫法，并且能夠畫出正確的力臂。
【例3】如圖所示是一種抽水馬桶水箱自動上水裝置的示意圖。當水箱內的水達到一定高度時，浮標帶動杠桿AOB壓住入水口，停止上水。請在圖中畫出動力F1、阻力F2和動力臂L1。
【解析】
由圖和題意可知，O為支點，水對浮標的向上作用力為動力，入水口對B端的向上作用力為阻力；
過杠桿B點作豎直向上的力即為阻力F2；過浮標重心作豎直向上的力即為動力F1，過支點O作動力F1作用線的垂線段即為動力臂L1。如圖所示：
【分析】根據(jù)杠桿原理分析出杠桿所示動力的作用點和方向；力臂是支點到力的作用線的距離，支點為點O，分別作出支點到力的作用線的垂線段即可。
【例4】請在圖中畫出：①支點O和物體重力示意圖；②拉力F的力臂L。
【解析】①定滑輪可以繞中間軸轉動，所以支點O為定滑輪的軸；
重物受到的重力作用在它的重心（幾何中心），由重心開始畫一條豎直向下的有向線段，并標出符號G，即為其重力示意圖；
②圖中拉力F是斜向下的，從支點O作拉力F作用線的垂線段，即為拉力F的力臂L。如圖所示：
4.根據(jù)力臂畫力
根據(jù)力與力臂垂直的關系進行作圖，即過支點作動力作用線的垂線段，即為力臂；過力臂的末端作垂直于杠桿的作用力F，作用點為力的作用線與杠桿的交點。
【例5】如圖中已作出動力F1和阻力臂L2，請畫出對應的動力臂L1和阻力F2。
【解析】過支點O作垂直于F1作用線的垂線段即為阻力臂L1；
過L2的末端做垂直于力臂的阻力作用線，與杠桿的交點即為阻力作用點，由于動力F1向下，為使杠桿平衡，動力F2方向是斜向下的，如圖所示：
【總結】明確力臂的概念，從支點向力的作用線畫垂線，即可找出力臂的位置，阻力是阻礙杠桿轉動的力，明確了這些基本概念便不難解決。
5.作最小動力的方法:①在杠桿上找出離支點最遠的點,即為最小動力的作用點；②連接支點和最小動力的作用點,即為最小動力的力臂；③過力的作用點作力臂的垂線,再根據(jù)杠桿平衡時的轉動特點確定力的方向。
注意：①根據(jù)使杠桿轉動的方向相反來判斷動力和阻力的方向，支點在中間，兩力方向相同，支點在一側，兩力方向相反；②畫力臂時，一定是支點到力的作用點的垂線，標出垂直符號，畫力的作用線的延長線時，要用虛線。③標注字母及下腳標。
【例6】如圖所示，輕質杠桿的A點掛一個重物G，繩的拉力為F2，O為杠桿的支點。請在杠桿B端畫出最小的動力F1并畫出其力臂L1，使杠桿在圖中位置平衡。
【解析】由圖可知，力F1作用在B點且垂直于OB時，OB為最長力臂L1，再過B點做動力臂L1的垂線即為最小動力Fl，如圖所示；
【總結】本題考查了作最小力示意圖及作力臂問題，熟練應用杠桿平衡條件、由圖示確定最大力臂是正確解題的關鍵。
類型二、滑輪組的組裝
1.根據(jù)的關系，求出動滑輪上繩子的段數(shù)n；
2.確定動滑輪的個數(shù)，一般情況下，動滑輪個數(shù)n與承擔重物的繩子段數(shù)之間存在著2n或2n+1的關系；
3.根據(jù)施力方向的要求，確定定滑輪個數(shù)。確定定滑輪個數(shù)的原則是：一個動滑輪應配置一個定滑輪，當動滑輪上為偶數(shù)段繩子時，可減少一個定滑輪，但若要求改變力的作用方向時，則應在增加一個定滑輪。在確定了動、定滑輪個數(shù)后，繩子的連接應遵循“奇拴動、偶拴定”的規(guī)則，由內向外纏繞滑輪。
【例7】用滑輪組將放在水平地面上的重物G提起，在圖中畫出重物G所受重力的示意圖和滑輪組最省力的繩子繞法。
【解析】從重物G的重心開始，沿豎直向下的方向畫一條有向線段，并用G表示，即為其所受重力示意圖；
圖中滑輪組有兩種繞線方法，一種是由兩根繩子承擔重物，一種是由三根繩子承擔重物，要想最省力，應選用三根繩子承擔的繞法，即從動滑輪開始纏繞，如圖所示：
【分析】（1）畫重力應選明確力的大小、方向和作用點，再按作圖的要求畫出這個力；
（2）滑輪組最省力，就是用盡可能多的繩子的段數(shù)來承擔物重。
【例8】如圖所示，要想用最小的力將汽車拖出來，請給滑輪組繞繩。
【解析】只有一個動滑輪，要求最省力，繩子先系在動滑輪的固定掛鉤上，然后繞過左邊的定滑輪，再繞過動滑輪，如下圖：
【總結】省力多少和繩子的繞法，決定與動滑輪相連的繩子段數(shù)，繩子段數(shù)越多、越省力。
【例9】如圖，有三個滑輪，請在圖中畫出最省力且又能改變動力方向的繩子繞法。
【解析】由于要求既可以省力又可以改變力的方向，所以繩子自由端拉力的方向必須向下，則繩子從動滑輪上面的掛鉤開始繞起，如圖所示：
【總結】此題主要考查滑輪組承擔物重繩子股數(shù)，滑輪組的繞線方法不同，達到省力程度不同，拉力的方向也不同。
滑輪組繩子的繞法有兩種：一是繩子先系在定滑輪的固定掛鉤上，然后再繞過下面的動滑輪再向上繞到定滑輪上，依次反復繞，這種繞法有偶數(shù)段繩子承擔物重；
二是繩子先系在動滑輪的固定掛鉤上，然后再繞過上面的定滑輪再向下，依次反復繞，這種繞法有奇數(shù)段繩子承擔物重。
【例10】給滑輪組繞線。（不計動滑輪重和摩擦）
【解析】①圖中有一個動滑輪和一個定滑輪，要求F=13G，所以繩子始端拴在動滑輪的上掛鉤上，然后依次繞過定滑輪、動滑輪。繞繩方法如下：
②圖中有兩個動滑輪和兩個定滑輪，要求F=14G，所以繩子始端拴在定滑輪的下掛鉤上，然后依次繞過動滑輪、定滑輪、動滑輪和定滑輪。繞繩方法如下：
【總結】根據(jù)奇動偶定原則確定繩子固定的位置，即：若n為偶數(shù)，繩子要先固定在定滑輪的下掛鉤，再依次繞過下面的動滑輪、上面的定滑輪，依次繞成；若n為奇數(shù)，繩子要先固定在動滑輪的上掛鉤，再依次繞過上面的定滑輪、下面的動滑輪，依次繞成。
在解決此類問題時注意：繩子必須是拉直的，不能彎曲；一個滑輪只能繞一周繩子。