Respuestas a cinco o tres preguntas de física
Las condiciones de equilibrio de brazos y palancas son un concepto y una ley importantes en la física de la escuela secundaria y se reflejan plenamente en los exámenes de la escuela secundaria de los últimos años. El autor clasifica algunas de las preguntas sobre el apalancamiento en los exámenes de secundaria de varias ciudades de la provincia de Jiangsu en los últimos años y realiza análisis, respuestas y comentarios para mejorar la comprensión de los estudiantes.
1. Cuestiones conceptuales
Ejemplo 1. El antebrazo de una persona puede considerarse como una palanca. Tire del resorte hacia arriba en diagonal con la mano, con la articulación del codo O como punto de apoyo. La fuerza F1 generada por la contracción muscular actúa en el punto A y la resistencia F2 actúa en el punto b. Intente dibujar los brazos de momento L1 y l2 de F1. y F2 respectivamente en la Figura 1.
Figura 1
Análisis: La distancia desde el punto de apoyo hasta la línea de acción de la fuerza dinámica (resistencia) se llama brazo dinámico (resistencia). Cuando busque el brazo de momento, primero encuentre la posición del punto de apoyo, luego dibuje la línea de acción de la fuerza a lo largo de la dirección de la fuerza y la resistencia, y luego dibuje el brazo de momento usando la línea de acción de estas fuerzas como punto de apoyo.
Explicación: (imagen omitida).
Comentarios: Compruebe si los estudiantes comprenden el importante concepto de brazo de momento.
2. Preguntas para explorar las condiciones del equilibrio de palancas
Ejemplo 2. (Examen de Zhenjiang) En un experimento para estudiar las condiciones de equilibrio de la palanca, Zhang Hua descubrió que la palanca no estaba en la posición de equilibrio horizontal (Figura 2).
Figura 2
(1) Zhang Hua necesita ajustar la tuerca a _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ (seleccione "izquierda" o "derecha") para equilibrar la nivel Coloque la palanca.
(2) Ayude a Zhang Hua a diseñar y dibujar tablas y registrar datos experimentales para que Zhang Hua pueda estudiar las condiciones del saldo de apalancamiento.
Análisis: Para eliminar la influencia del propio peso de la palanca sobre la balanza, la línea de gravedad de la palanca debe pasar por el fulcro. Por lo tanto, antes de enganchar la palanca, se deben ajustar las tuercas en ambos extremos de la palanca para mantener la palanca equilibrada en posición horizontal.
Para analizar los datos experimentales y estudiar el equilibrio del apalancamiento, los datos experimentales deben registrarse en una tabla. El diseño de tablas simples es una habilidad que los graduados de la escuela secundaria deben tener.
Solución:
(1) Sí
(2) La tabla de diseño es aproximadamente la siguiente:
O
Comentarios: Compruebe si los estudiantes han realizado experimentos explorando las condiciones para el equilibrio de la palanca. Sería difícil hacer esto si no hubieran hecho experimentos.
En tercer lugar, utilice el apalancamiento para equilibrar las preguntas condicionales
Ejemplo 3. (Preguntas del examen de Xuzhou) La varilla A tiene 1 m de largo y su punto de apoyo está a 0,4 m del extremo B. Ahora, como se muestra en la Figura 3, un objeto G1 que pesa 200 N está colgado del extremo A. Si desea equilibrar la palanca, debe colgar un objeto múltiple G2 en el extremo B.
Figura 3
Análisis: Una fuerza y un brazo de momento que actúan sobre la palanca se pueden encontrar directamente del problema, y el otro brazo de fuerza también se puede calcular. La otra fuerza se encuentra fácilmente basándose en la condición de equilibrio de la palanca.
Solución: Según F1l1=F2l2, calcular G2=300N. Nota: El brazo de momento correspondiente a G1 no es de 1m.
Comentarios: Examine a los candidatos: (1) Si entienden las condiciones del equilibrio de apalancamiento
(2) Si las condiciones del equilibrio de apalancamiento se pueden aplicar para resolver el problema del apalancamiento; balance.
Ejemplo 4. (Examen de la ciudad de Xuzhou) En la Figura 4, la varilla pulida OA puede girar alrededor del punto O. La longitud de OA es de 1,8 m. Un objeto G que pesa 120 N está colgado en el punto B con una cuerda a 0,6 m del punto O. Como se muestra en la Figura 5, OA debe estar equilibrado En la posición de , la fuerza mínima en el punto A es _ _ _ _ _ _ _ _ _ _.
Figura 4
Figura 5
Análisis: El brazo de momento l2 de la resistencia F2 que actúa sobre el punto de palanca B es OB', no OB. Si la fuerza que actúa sobre el punto A de la palanca es F1 y el brazo de potencia es l1, según la condición de equilibrio de la palanca, F1l1=F2l2. Dado que F2 y l2 son constantes, para minimizar la potencia F1 que actúa sobre el punto de palanca A, el brazo de potencia l1 debe ser el más grande. Se puede ver que sólo l1=OA es el más grande.
Solución:. Según la condición de equilibrio de la palanca F1L1 = la fuerza mínima que actúa sobre el punto A, la curva de esta fuerza se muestra en la Figura 5.
Comentarios: Compruebe si los alumnos comprenden la fuerza, la resistencia, el brazo de momento, el brazo de resistencia, las condiciones de equilibrio de la palanca y los métodos esquemáticos de fuerza.
Cuatro. Aplicación de preguntas del Test de Apalancamiento
Ejemplo 5. Varias tijeras son pares de palancas.
¿Qué tipo de tijeras son mejores para cortar objetos duros? ()
Análisis: Para cortar objetos duros, de acuerdo con la condición de equilibrio de la palanca F1l1=F2l2, se debe utilizar una palanca con un brazo de potencia más grande que el brazo de resistencia, es decir, un ahorro de mano de obra. palanca.
Solución: Se debe seleccionar la tijera B. Al cortar objetos duros, de acuerdo con la condición de equilibrio de la palanca F1l1=F2l2, se debe utilizar el brazo de potencia, es decir, la palanca que ahorra mano de obra.
Solución: Se debe seleccionar la tijera B.
Verbo (abreviatura de verbo) Aprovechar las preguntas del test con características de "cambio"
Ejemplo 6. (Examen de la ciudad de Xuzhou) Como se muestra en la Figura 6, se cuelga un peso G en el punto B de la palanca OA, y el extremo A se cuelga debajo del círculo pequeño E con una cuerda. La longitud AE de la cuerda es igual al radio del arco. . En este momento, la palanca está exactamente horizontal y el punto A coincide con el centro del anillo de arco CED. Cuando el anillo en forma de E se desliza gradualmente en el sentido de las agujas del reloj desde el punto C al punto D, la fuerza ejercida por la eslinga en el extremo A será ()
Figura 6
A permanece sin cambios<. /p> p>
B. Aumente gradualmente
C. De grande a pequeño, luego de pequeño a grande
D. pequeño.
Análisis: Dado que la fuerza F1 ejercida por la cuerda en el extremo A de la varilla horizontal siempre es hacia arriba a lo largo de la cuerda, el anillo E se desliza gradualmente en el sentido de las agujas del reloj desde el punto C hasta los puntos E y D a lo largo del arco CED. Durante el proceso, la dirección de la fuerza F1 cambia, lo que hace que el brazo de momento de F1 cambie de pequeño a grande y luego a pequeño. En este proceso, la resistencia F2 (igual a g) y el brazo de resistencia l2 (.
Solución: Elija la respuesta (c).
Comentarios: Pruebe a los estudiantes: (1) ¿Entienden el concepto de brazo de fuerza? (2) ¿Pueden comprender la condición de equilibrio de la palanca? (3) ¿Se puede aplicar la condición de equilibrio de la palanca para resolver problemas de palanca con características "cambiantes"? preguntas del examen.
Ejemplo 7. La rueda pesa 100 N y está atascada en un pozo de lodo. Como se muestra en la Figura 7, ¿cuál es la fuerza mínima que se debe aplicar en el punto A para girar la rueda en el sentido contrario a las agujas del reloj?
Figura 7
Análisis: Cuando la rueda gira en sentido antihorario, la rueda gira alrededor del punto de contacto O entre el pozo de lodo y la rueda, por lo que se puede ver que el punto O es el fulcro, la rueda es una palanca deformada, la resistencia F2 que actúa sobre la palanca es el peso de la rueda, el punto de acción está en el eje de la rueda, su brazo de momento L2 = ob; es decir, la potencia) F1 ejercida en el punto A l1 debe ser igual a OA De acuerdo con la condición de equilibrio de la palanca, se puede calcular el tamaño de F1 y se puede dibujar el diagrama de fuerza.
Solución: Sea el radio. de la rueda sea r, entonces, según la condición de equilibrio de la palanca F1l1=F2l2, se obtiene la fuerza mínima f 1 = 25N que actúa sobre el punto A. La gráfica de esta fuerza se muestra en la Figura 8.
Figura 8
Comentarios: Compruebe si los estudiantes pueden aprender de Abstraer la palanca del objeto real, descubrir el punto de apoyo de la palanca, la resistencia y el brazo de resistencia que actúa sobre la palanca, y luego usar el equilibrio de la palanca. condiciones para resolver el problema.
7. Preguntas de prueba de conocimientos integrales
Ejemplo 8. (Examen de Yangzhou) Como se muestra en la Figura 9, se cuelga un objeto con una masa de 10 kg. el extremo B de una palanca ligera y la palanca A está atada al suelo con una cuerda. El ángulo entre la cuerda y la palanca es de 30 °, OA = 1 m. En este momento, la palanca está equilibrada. en posición horizontal Ahora coloque un objeto con una masa de 5 kg en el punto O y use una fuerza de tracción horizontal de F = 10 N para hacer que el objeto se deslice hacia la izquierda a una velocidad constante de 0,1 m/s. >
(1) ¿A qué distancia está el objeto del punto O para que la tensión de la cuerda AC sea exactamente cero?
(2) ¿Cuál es el trabajo y la potencia realizados por F al mover el objeto? /p>
Figura 9
Análisis: Cuando el objeto se desliza hacia la izquierda con una fuerza de tracción horizontal de F=10N, el objeto ejerce una fuerza de fricción de deslizamiento horizontal sobre la palanca AB, que es igual a 10 N. Se puede considerar aproximadamente que esta fuerza pasa a través de la palanca. Fulcro O, no afecta el equilibrio de la palanca. Cuando la tensión de la cuerda es cero, hay dos fuerzas que afectan el equilibrio de la palanca. es la fuerza F (igual a G) que actúa sobre el extremo de la palanca B, y la otra es el movimiento del objeto a la izquierda del fulcro O. La presión F1 ejercida sobre la palanca (igual al peso del objeto en movimiento objeto), utilizando la condición de equilibrio de palanca, se puede utilizar para obtener la distancia de movimiento del objeto, y luego, en función del tiempo que la fuerza actúa sobre el objeto, se puede obtener el trabajo y el trabajo realizado por la fuerza de tracción horizontal.
Solución:
Usando la condición de equilibrio de palanca F1l1=F2l2, se encuentra que cuando la tensión de la cuerda AC es cero, la distancia del objeto al punto O es
Objeto Tiempo de ejercicio
Trabajo de tracción
Fuerza
Comentarios: Prueba a los estudiantes: (1) Si tienen conocimientos básicos sólidos, si pueden afrontar muchas condiciones y eliminar condiciones redundantes (como el ángulo entre la cuerda y la palanca es de 30 °, OA = 1 m, etc.) y seleccionar condiciones útiles.
(2) Si leyes importantes como las condiciones de equilibrio de la palanca, la fórmula de velocidad, la fórmula de trabajo y la fórmula de potencia se pueden aplicar de manera integral para resolver problemas prácticos. Ejemplo 9. Como se muestra en la Figura 10, una varilla de luz OA puede girar alrededor del punto O, con una cuerda atada al extremo A y el otro extremo atado al punto C de la pared vertical. Un peso G está suspendido del punto medio B de una palanca y la palanca está en reposo horizontalmente. Se sabe que la longitud de la palanca OA es 2l y la distancia desde el punto O al punto C es l (1) Dibuje el brazo de momento F en la imagen (2) Encuentre el tamaño de la fuerza de tracción f; 3) Si la cuerda puede soportar la fuerza de tracción máxima es 0, ¿a qué distancia se puede levantar el peso desde el punto O?
Figura 10
Análisis: Según la condición de equilibrio de la palanca, se requiere la fuerza de tracción F y se debe encontrar su brazo de momento DO (Figura 11). En resumen, como es desde una perspectiva pública, la hay. De la fórmula se puede ver que DO se puede encontrar simplemente encontrando la longitud de AC, y AC se puede encontrar de acuerdo con el teorema de Pitágoras.
Figura 11
Encuentre el brazo de momento DO de la fuerza de tracción f y use la condición de equilibrio de la palanca para encontrar la distancia máxima a la que se puede colgar el peso de O.
Solución: (1) El brazo de momento de la fuerza de tracción F se muestra en la Figura 11.
(2) En
porque
es decir,
de acuerdo con la condición de equilibrio de la palanca, existe, por lo que la tensión es
(3) Al ajustar la tensión de la cuerda, la distancia entre el punto de suspensión del peso y el punto O es,
Comentarios: Pruebe a los estudiantes: (1) Si entienden el concepto de brazo de momento;
(2) Si se pueden utilizar herramientas matemáticas para resolver problemas físicos
(3) Si se dominan las condiciones de equilibrio de la palanca;
Se puede ver en las preguntas anteriores que para responder la pregunta sobre el apalancamiento, los estudiantes deben tener las siguientes cualidades:
(1) Saber hacer experimentos para estudiar las condiciones del apalancamiento. equilibrio y puede diseñar tablas para registrar datos experimentales;
(2) Ser capaz de abstraer la palanca de la realidad, encontrar el punto de apoyo de la palanca, la fuerza y la resistencia que actúan sobre la palanca, comprender el concepto del brazo de palanca, y encontrará (hará) correctamente el brazo de palanca;
(3) Ser capaz de utilizar el conocimiento de geometría y triángulos en matemáticas para calcular el brazo de momento y el brazo de resistencia;
(4) Comprender las condiciones de equilibrio de palancas y aplicarlas para resolver problemas de equilibrio de palancas;
(5) Tener conocimientos sólidos de mecánica y ser capaz de responder preguntas completas de mecánica sobre palancas.
Acerca de la dirección de la fuerza: (1) Cuando la fuerza y la resistencia están en el mismo lado del fulcro, las dos fuerzas tienen direcciones opuestas (2) Cuando la fuerza y la resistencia están en lados opuestos; del fulcro, estas dos fuerzas tienen direcciones opuestas. Ambas fuerzas tienen la misma dirección.