题目:
以下是一个杠杆的示意图,OA为轻质杠杆,O为支点,在A点挂一个重物G,在B点用竖直向上的力F拉杠杆,使杠杆在水平位置平衡,如图所示。
(1)画出动力F的力臂L1;
(2)求出该杠杆的机械效率;
(3)若用此杠杆提升重物G时,所用的力为30N,求此时杠杆受到的阻力F2的大小。
例题:
【分析】
(1)根据题意画出动力臂;
(2)根据杠杆平衡条件求出动力臂和阻力臂的关系,再根据公式$\eta = \frac{W_{有}}{W_{总}} \times 100\%$求出机械效率;
(3)根据杠杆平衡条件求出阻力的大小。
【解答】
(1)如图所示,画出动力臂L1;
(2)由题意可知,动力臂$L_{1} = OA = 2OB$,阻力$F_{2}$的方向竖直向上,由杠杆平衡条件可得:$F_{1}L_{1} = F_{2}L_{2}$,即:$G \times 2OB = F_{2} \times OB$,解得:$F_{2} = 2G$;则该杠杆的机械效率为:$\eta = \frac{W_{有}}{W_{总}} \times 100\% = \frac{G \times OB}{F_{2} \times OB} \times 100\% = \frac{G}{F_{2}} \times 100\% = \frac{G}{2G} \times 100\% = 50\%$;
(3)由题意可知,阻力臂$L_{2} = OB$,阻力$F_{2}$的大小为$2G$,由杠杆平衡条件可得:$F_{1}L_{1} = F_{2}L_{2}$,即:$30N \times 2OB = F_{2} \times OB$,解得:$F_{2} = 60N$。
【点评】
解答此类题目时要注意力的方向和作用点的确定,同时要注意杠杆平衡条件的应用。
题目:使用杠杆提起重物
杠杆的长度为L,重物的质量为m,阻力为mg。要求使用杠杆将重物提升到一定高度,问:
1. 杠杆应该选择什么样的形状?
2. 如何调整杠杆的长度L,才能使杠杆在重物上升的过程中保持平衡?
例题:
假设有一个长为1米的杠杆,一端挂质量为5千克的重物,另一端挂与重物质量相等的物体。现在需要将重物提升到离地面1米的高度,问需要多大的力?
分析:
根据杠杆平衡条件,可列出以下方程:
F × L = mg × h
其中,F为作用在杠杆上的力,L为杠杆长度,h为重物上升的高度,mg为重物质量。
解方程可得F = mg × h / L = 5 × 9.8 × 1 / 1 = 49 N。
因此,需要使用49牛顿的力才能将重物提升到离地面1米的高度。
题目:
在图示的杠杆中,OA为轻质杠杆,AB为重物,在A点挂一重为G的物体,在B点施加一个竖直向上的力F,使杠杆保持水平平衡,求:
1. 杠杆的支点位置;
2. 画出动力F1和阻力F2的力臂L1和L2;
3. 计算出阻力F2的大小。
相关例题常见问题:
1. 杠杆的平衡条件是什么?
答:杠杆的平衡条件是动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂。
2. 杠杆的种类有哪些?
答:杠杆的种类包括省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆。
3. 如何使用杠杆?
答:使用杠杆时,需要确定支点和动力臂和阻力臂,然后选择合适的杠杆类型。通常,省力杠杆适用于需要克服较大阻力的情况,费力杠杆适用于需要移动较小距离的情况下。
4. 如何画力臂?
答:力臂是从支点到力的作用线的垂直距离。在画力臂时,需要先找到力的作用线,再过支点做这条线的垂线。
5. 如何判断一个杠杆是省力还是费力?
答:可以通过比较动力臂和阻力臂的长短来判断。动力臂比阻力臂长的杠杆是省力杠杆,反之则是费力杠杆。等臂杠杆的特点是动力臂等于阻力臂,既不省力也不费力。
通过以上问题,我们可以更好地理解杠杆力学的基础知识,并在实际应用中灵活运用。
