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力和機(jī)械的基礎(chǔ)知識(shí)和學(xué)習(xí)指導(dǎo)
《力和機(jī)械》主要學(xué)習(xí)內(nèi)容可簡(jiǎn)單概括為“三力一棒二輪”�！叭Α奔磸椓�、重力、摩擦力；“一棒”即杠桿；“二輪”就是定滑輪、動(dòng)滑輪。對(duì)于“三力”的學(xué)習(xí)，我今天向大家推薦一種學(xué)習(xí)方法，叫“咬文嚼字”。關(guān)于“一棒二輪”的學(xué)習(xí)，則向同學(xué)們推薦“圖表法”和“公式法”。
力和機(jī)械的基礎(chǔ)知識(shí)
一、基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)學(xué)：
“三力”──彈力：
1．概念：相互接觸的物體由于發(fā)生彈性形變而受到的力叫彈力,彈力的大小與彈性形變的大小有關(guān)。
咬文嚼字：彈力概念中說(shuō)到“接觸”和“發(fā)生彈性形變”，我們可以以此字眼來(lái)判斷一個(gè)物體是否受到彈力。即產(chǎn)生彈力時(shí)兩物體一定是接觸并發(fā)生了彈性形變。但有時(shí)彈性形變很微小，難以判斷。我推薦大家可用“假設(shè)法”來(lái)判斷是否產(chǎn)生了彈力�；舅悸窞椋合燃僭O(shè)研究對(duì)象相接觸的物體沒(méi)有接觸，然后分析研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否發(fā)生變化，若其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，則可斷定原接觸處不存在彈力；若其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，則原接觸處一定存在彈力。比如圖1中，我們可假設(shè)球與左側(cè)壁沒(méi)有接觸，此時(shí)球受重力G與水平地面對(duì)它的支持力作用，在這兩個(gè)力的作用下，球仍能處于靜止?fàn)顟B(tài)，故球與左側(cè)壁雖然相互接觸，但并沒(méi)有擠壓發(fā)生形變，所以左側(cè)壁對(duì)球沒(méi)有彈力作用。用此法，同學(xué)們可試著分析一下圖中球和兩支持面之間有沒(méi)有彈力。
2．彈力的方向：與使該物體發(fā)生形變的外力的方向相反（與該物體恢復(fù)形變的趨勢(shì)方向相同）。
咬文嚼字：“與發(fā)生形變的外力的方向相反”。比如在右圖中，球?qū)K有一個(gè)向下的拉力，所以繩對(duì)物體的彈力方向，沿繩指向繩收縮方向。
“三力”──重力：
1．概念：地面附近的物體，由于地球的吸引而受的力叫重力。
咬文嚼字：“地面附近的物體”告訴我們不僅地球上的物體都要受到重力作用，而且地面附近的物體也要受到地球重力作用，比如空中飛行的客機(jī)也要受到重力作用。
據(jù)“由于地球的吸引……”這句話(huà)，我們可知重力的施力者是地球，其力的方向指向地心。所以重力的方向是“豎直向下”。生活中用重垂線(xiàn)、水平儀分別檢查墻是否豎直和面是否水平就是利用重力方向“豎直向下”知識(shí)。
2．重力大�。河�(jì)算公式G=mg。其中g(shù)=9.8N/kg 它表示質(zhì)量為1kg 的物體所受的重力為9.8N。
3．重力的作用點(diǎn)：重力在物體上的作用點(diǎn)叫重心。質(zhì)地均勻外形規(guī)則物體的重心，在它的幾何中心上。如均勻細(xì)棒的重心在它的中點(diǎn)，球的重心在球心。方形薄木板的重心在兩條對(duì)角線(xiàn)的交點(diǎn)。
“三力”──摩擦力
1．概念：兩個(gè)互相接觸的物體，當(dāng)它們有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)或發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)在接觸面上產(chǎn)生一種阻礙運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，這力就叫摩擦力。
咬文嚼字：摩擦力產(chǎn)生條件：
�、佟皟蓚�(gè)互相接觸的物體”。就是說(shuō)產(chǎn)生摩擦力的兩個(gè)物體要相互接觸并擠壓。
�、凇坝邢鄬�(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)或發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)”。就是說(shuō)相接觸的兩物體如果要產(chǎn)生摩擦力的話(huà)，那么這兩個(gè)物體必須做相對(duì)運(yùn)動(dòng)。兩物體相對(duì)靜止也行，但要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。
當(dāng)然，摩擦力產(chǎn)生還要加上一個(gè)條件，即兩物體接觸面不光滑。切記，如果以后在解題時(shí)題中明確告訴“接觸面光滑”，則暗示物體在此表面將不受摩擦力！
摩擦力方向：
由“產(chǎn)生一種阻礙運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力”可知，物體所受摩擦力方向總與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反。
摩擦力的類(lèi)型：
由“有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)或發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)”，我們可知摩擦力有兩種。兩物體靜止但有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力我們就叫靜摩擦；發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力我們就叫動(dòng)摩擦。動(dòng)摩擦根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)的形式又分為滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦。
2．摩擦力的大�。宏P(guān)于摩擦力的大小的判斷，我在后面“典型例題”中再給同學(xué)們具體講。
“一棒”──杠桿
1．概念：在力的作用下繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒叫杠桿。
咬文嚼字：
只說(shuō)“繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)”，沒(méi)說(shuō)非要是直的`。所以杠桿可以是直的也可以是曲的。比如課本圖13、4-4丙圖中的抽水機(jī)的壓柄就是一個(gè)曲的杠桿。
“硬棒”說(shuō)明做杠桿的材質(zhì)一定要“硬”。 比如課本圖13、4-4丙圖中的抽水機(jī)的壓柄我們就不能用塑料或玻璃等易碎材質(zhì)。
2．杠桿五要素：（如下圖所示）
支點(diǎn)：杠桿繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)。用字母O 表示。
動(dòng)力：使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力。用字母 F1表示。
阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力。用字母 F2表示。
動(dòng)力臂：從支點(diǎn)到動(dòng)力作用線(xiàn)的距離。用字母l1表示。
阻力臂：從支點(diǎn)到阻力作用線(xiàn)的距離。用字母l2表示。
說(shuō)明：①、動(dòng)力、阻力都是杠桿的受力，所以作用點(diǎn)在杠桿上；動(dòng)力、阻力的方向不一定相反，但它們使杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反
�、诋�(huà)力臂方法：（簡(jiǎn)單概括為“一找支點(diǎn)、二畫(huà)線(xiàn)、三連距離、四標(biāo)簽”）
找支點(diǎn)O；畫(huà)力的作用線(xiàn)（沿力的方向，用虛線(xiàn)）；畫(huà)力臂（虛線(xiàn)，過(guò)支點(diǎn)垂直力的作用線(xiàn)作垂線(xiàn)）；
標(biāo)力臂（雙箭頭或大括號(hào)）。
3．研究杠桿的平衡條件：
杠桿平衡是指杠桿靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)前調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿在水平位置平衡。這樣做的目的是“可以方便的從杠桿上量出力臂”。
杠桿的平衡條件（或杠桿原理）是：
動(dòng)力×動(dòng)力臂＝阻力×阻力臂。寫(xiě)成公式是F1l1=F2l2也可寫(xiě)成：F1/ F2=l2/ l1
咬文嚼字：
由“F1l1=F2l2”知，在阻力和阻力臂不變的情況下，如果我們想杠桿省力（F1小）；則l1就必需大。也就是說(shuō)，省力杠桿的結(jié)構(gòu)特征是動(dòng)力臂（l1）大于阻力臂（l2）。
同理，費(fèi)力杠桿的結(jié)構(gòu)特征就應(yīng)是動(dòng)力臂（l1）小于阻力臂（l2）。
4．應(yīng)用：應(yīng)根據(jù)實(shí)際來(lái)選擇杠桿，當(dāng)需要較大的力才能解決問(wèn)題時(shí)，應(yīng)選擇省力杠桿，當(dāng)為了使用方便，省距離時(shí)，應(yīng)選費(fèi)力杠桿。
名稱(chēng)
結(jié)構(gòu)特征
特 點(diǎn)
應(yīng)用舉例
省力
杠桿
動(dòng)力臂
大于
阻力臂
省力、
費(fèi)距離
撬棒、鍘刀、動(dòng)滑輪、輪軸、羊角錘、鋼絲鉗、手推車(chē)、花枝剪刀
費(fèi)力
杠桿
動(dòng)力臂
小于
阻力臂
費(fèi)力、
省距離
縫紉機(jī)踏板、起重臂
人的前臂、理發(fā)剪刀、釣魚(yú)桿
等臂
杠桿
動(dòng)力臂等于阻力臂
不省力
不費(fèi)力
天平，定滑輪
“二輪”──定滑輪、動(dòng)滑輪
1．概念：中間的軸固定不動(dòng)的滑輪叫定滑輪；和重物一起移動(dòng)的滑輪叫動(dòng)滑輪；若干定滑輪、動(dòng)滑輪組合在一起使用就叫滑輪組。
咬文嚼字：
定滑輪重在“定”字，即所謂定滑輪就是“中間的軸固定不動(dòng)”的滑輪；
動(dòng)滑輪重在“動(dòng)”字，即就是“和重物一起移動(dòng)”的滑輪；
滑輪組重在“組”字，即定滑輪和動(dòng)滑輪的“組合”。
2．實(shí)質(zhì)：如下圖示，定滑輪的實(shí)質(zhì)是等臂杠桿，因此使用定滑輪不能省力但是能改變動(dòng)力的方向；
如圖所示，動(dòng)滑輪的實(shí)質(zhì)是動(dòng)力臂為阻力臂2倍的省力杠桿，因此使用動(dòng)滑輪能省一半的力，但不能改變動(dòng)力的方向。
既然滑輪組由若干定滑輪、動(dòng)滑輪組合在一起使用，因此滑輪組應(yīng)兼具二者的特點(diǎn)，即既能省力又能改變動(dòng)力的方向。
3．相關(guān)計(jì)算公式：
定滑輪：
F拉=G物（理想的定滑輪，不計(jì)輪軸間摩擦）
S繩=h物（S繩為繩子自由端移動(dòng)距離，h物為重物移動(dòng)的距離）
V繩=V物（V繩為繩子自由端移動(dòng)速度，V物為重物移動(dòng)的速度）
動(dòng)滑輪：
F拉=G物（不計(jì)軸間摩擦和動(dòng)滑輪重力）
F=(G物+G動(dòng)) （忽略輪軸間的摩擦，考慮動(dòng)滑輪重力）
S繩=2h物（S繩為繩子自由端移動(dòng)距離，h物為重物移動(dòng)的距離）
V繩=2V物（V繩為繩子自由端移動(dòng)速度，V物為重物移動(dòng)的速度）
滑輪組：
F拉=G物（不計(jì)輪軸間的摩擦和動(dòng)滑輪的重力）
F拉=(G物+G動(dòng)) （只忽略輪軸間的摩擦）
S繩=nh物（S繩為繩子自由端移動(dòng)距離，h物為重物移動(dòng)的距離）
V繩=nV物（V繩為繩子自由端移動(dòng)速度，V物為重物移動(dòng)的速度）
實(shí)驗(yàn)技能：
1．力的測(cè)量：
測(cè)量力的大小工具叫做測(cè)力計(jì)。彈簧受到的拉力越大，彈簧的伸長(zhǎng)就越長(zhǎng)。利用這個(gè)道理做成的測(cè)力計(jì)就叫做彈簧測(cè)力計(jì)。
彈簧測(cè)力計(jì)的正確使用方法：
�、偈紫瓤辞鍙椈蓽y(cè)力計(jì)的量程，也就是彈簧測(cè)力計(jì)上的最大刻度即彈簧測(cè)力計(jì)的測(cè)量范圍，加在彈簧測(cè)力計(jì)上的力不能超出這個(gè)范圍。
�、谡J(rèn)清彈簧測(cè)力計(jì)上最小刻度值，即每一小格表示多少N，以便使用它時(shí) 可以迅速讀出測(cè)量值。
�、蹨y(cè)量前要把指針調(diào)到零點(diǎn)，讀數(shù)時(shí)，視線(xiàn)要與指針相平。
�、軠y(cè)量時(shí)，要使測(cè)力計(jì)內(nèi)的彈簧軸線(xiàn)方向跟所測(cè)力的一致，不可用力猛拉彈簧或讓彈簧測(cè)力計(jì)長(zhǎng)久受力，以免損壞。
2．滑動(dòng)摩擦大小的測(cè)量：
做課本P60這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們一定要注意課本上有這樣一句話(huà)：“用彈簧測(cè)力計(jì)勻速拉動(dòng)木塊，使它沿著長(zhǎng)木板滑動(dòng)，從而測(cè)出木塊與長(zhǎng)木板之間的摩擦力”。為什么要“勻速”呢？因?yàn)槲覀儫o(wú)法直接測(cè)出木塊與長(zhǎng)木板之間的摩擦力，但如果我們讓木塊在水平方向上勻速前進(jìn)，根據(jù)牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律知，它在水平方向上受到的是平衡力。又因?yàn)樗谒椒较蛏现皇軓椈傻南蛴业睦烷L(zhǎng)木板對(duì)它向左的摩擦力作用，所以摩擦力等于拉力。
3．組裝滑輪組方法：
首先根據(jù)公式n=(G物+G動(dòng)) / F求出繩子的股數(shù)。然后根據(jù)“奇動(dòng)偶定”的原則，結(jié)合題目的具體要求組裝滑輪。
二、典型例題分析：
例1．下列各種力中不是彈力的是（ ）
A．手受到彈簧的拉力 B．物體受到的重力
C．物體對(duì)桌面的壓力 D．桌面對(duì)物體的支持力
解析：當(dāng)物體受到推、拉、提、壓時(shí)，物體或多或少都會(huì)發(fā)生形變，所以物體受到的推力、拉力、提力、壓力、支持力都屬于彈力。
答案：D。
例2．某物體受到的重力是5N，圖中正確的是哪一項(xiàng)（ ）
解析：重力方向豎直向下，作用點(diǎn)在重心，四個(gè)圖的長(zhǎng)度均符合規(guī)定，選項(xiàng)B的方向不是豎直向下的，而是與斜面垂直，是錯(cuò)誤的，選項(xiàng)A的作用點(diǎn)在物體的底部，選項(xiàng)D的作用點(diǎn)在系繩的位置，都不在重心，所以選項(xiàng)A、D也不正確，選項(xiàng)C的重力方向豎直向下，作用在重心處，選項(xiàng)C是正確的。
例3．如圖所示，用手握著一個(gè)瓶子懸在空中不動(dòng)，當(dāng)手握瓶子的力增大時(shí)，瓶子受到手的摩擦力將（選填“不變”、“變大”或“變小”），若在手握瓶子的力增大時(shí)往瓶中加水，瓶子仍然懸在空中不動(dòng)，則瓶子受到手的摩擦力將（選填“不變”、“變大”或“變小”）。
分析解答：瓶子始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)平衡力的知識(shí)：瓶子受到手的靜摩擦力和瓶子自身的重力是一對(duì)平衡力。當(dāng)瓶子自身重力發(fā)生改變時(shí)，受到靜摩擦力的大小隨之改變。所以本題答案依次為“不變”、“大”。
例4．用彈簧秤在水平方向上拉動(dòng)一個(gè)置于地面的物體，使它做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧秤示數(shù)5N。當(dāng)彈簧秤示數(shù)為6N時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力大小是 ( )
A．6N B．5N C．1N D．11N
分析解答：因?yàn)槲矬w是運(yùn)動(dòng)的，所以在水平方向上受到拉力和滑動(dòng)摩擦力。又因?yàn)槲矬w開(kāi)始做是勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所以拉力和滑動(dòng)摩擦力是一對(duì)平衡力。當(dāng)拉力由5N變?yōu)?N時(shí)，物體所受到摩擦力仍為滑動(dòng)摩擦力，而物體所受滑動(dòng)摩擦力的大小只與接觸面粗糙程度和壓力大小有關(guān)，只要這兩因素不變，滑動(dòng)摩擦力的大小就不變。所以本題選B。
例5．下圖中，物體A靜止在斜面上，物體B在水平接拉力作用下做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，物體C被緊壓在豎直墻壁上而處于靜止，物體D隨皮帶一起做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，試分析：物體A、B、C、D所受的摩擦力方向分別向哪兒？
分析解答：物體A、C和D有向下的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所以A物體受到的靜摩擦力方向沿著斜面向上，C物體受到的靜摩擦力方向沿著豎直墻壁向上，D物體所受靜摩擦力沿著皮帶向上，B物體相對(duì)地面向右運(yùn)動(dòng)，所以B物體所受摩擦力向左。
例6．如圖所示，用F=10N的力，拉著物體在地面上勻速運(yùn)動(dòng)，若物體向前移動(dòng)1m，繩子要拉過(guò)多少米？物體與地面的摩擦力是多大？（忽略繩重、輪重及機(jī)械摩擦）
解析：此題一個(gè)難點(diǎn)就是不知滑輪B是動(dòng)滑輪還是定滑輪。然后再就是滑輪組知識(shí)的熟練運(yùn)用了（選擇并靈活運(yùn)用公式）。
方法一：由圖可知，滑輪B在拉力F作用下會(huì)和重物一起向左運(yùn)動(dòng)，因此滑輪B是動(dòng)滑輪。與動(dòng)滑輪相連的繩有3段，于是S拉=3h物=3×1m=3m。 對(duì)滑輪B及物體進(jìn)行受力分析，設(shè)物體與地面的摩擦力為f，在水平方向上，物體受兩個(gè)力作用：滑輪鉤對(duì)它向左的拉力F1和地面對(duì)它向右的摩擦力為f，因?yàn)閯蛩�，所以f=F1。又因?yàn)?F1=3F，f=F1。所以 f=F1=3F=3
方法二：同學(xué)們還可以把圖順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度（試卷旋轉(zhuǎn)90度），旋轉(zhuǎn)后的圖是不是好理解了？！一動(dòng)一定，一個(gè)最簡(jiǎn)單的滑輪組！相信同學(xué)能輕易解答出來(lái)，具體解法我就不寫(xiě)了。
三、中考真題：
1．（2011江蘇連云港，第10題）小剛用水平推力推靜止在水平地面上的講臺(tái)桌，結(jié)果沒(méi)有推動(dòng)。則下列說(shuō)法正確的是（ ）
A．講臺(tái)桌不受摩擦力
B．推力與講臺(tái)桌的重力大小相等
C．推力小于地面對(duì)講臺(tái)桌的摩擦力
D．推力與地面對(duì)講臺(tái)桌的摩擦力大小相等
答案：D
2．（2011浙江杭州，第5題）將一袋大米放在勻速向右水平運(yùn)動(dòng)的輸送帶上，開(kāi)始米袋與輸送帶間有一段距離的相對(duì)滑動(dòng)，然后米袋隨輸送帶一起勻速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)輸送帶突然制動(dòng)時(shí)，米袋會(huì)繼續(xù)向前滑動(dòng)一段距離后停下。（回答下列小題請(qǐng)選填以下合適的字母標(biāo)號(hào)）
A．受到方向向右的摩擦力 B．受到方向向左的摩擦力 C．不受力
�。�1）米袋剛放上輸送帶的瞬間，米袋在水平方向上受力情況為_(kāi)___________。
（2）當(dāng)米袋隨輸送帶一起勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，米袋在水平方向上受力情況為_(kāi)_____________。
�。�3）當(dāng)將輸送帶突然制動(dòng)時(shí)，米袋在水平方向上受力情況為_(kāi)__________。
答案（1）A （2）C （3）B
3．（2011年江蘇省淮安市第13題）汽車(chē)輪胎的表面制成凹凸花紋，其作用是通過(guò) ____________來(lái)增大摩擦；機(jī)器的軸承中加入潤(rùn)滑油的目的是_______ 摩擦；自行車(chē)剎車(chē)時(shí)，用力捏閘能增大閘皮與車(chē)輪間的_________ ，從而增大閘皮與車(chē)輪間的滑動(dòng)摩擦力。
答案 增加粗糙程度 減小 壓力
4． (2011浙江寧波，)下列所示工具中，使用時(shí)不能省力但能省距離是（ ）
A．動(dòng)滑輪 B．訂書(shū)機(jī) C．羊角錘 D．鑷子
答案：D
5．（2011年湖北省武漢市第13題）工人們?yōu)榱税徇\(yùn)一臺(tái)笨重的機(jī)器，設(shè)計(jì)了如圖所示的四種方案（機(jī)器下方的小圓表示并排放置的圓形鋼管）。其中最省力的方案是
答案：D
6．（2011年浙江衢州第29題）如圖所示為釣魚(yú)竿釣魚(yú)的示意圖，O為支點(diǎn)，F(xiàn)1表示手對(duì)釣魚(yú)竿的作用力，請(qǐng)完成下列問(wèn)題：
(1)在圖中畫(huà)出魚(yú)線(xiàn)對(duì)釣魚(yú)竿拉力F2的力臂l2；
(2)釣魚(yú)竿屬于杠桿(選填“省力”、“費(fèi)力”或“等臂”)。
答案：(1)(如上圖所示) (2)費(fèi)力。
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