“簡(jiǎn)單機(jī)械和功”常考易錯(cuò)題

簡(jiǎn)單機(jī)械和功在中考中占的分值較大.涉及的題型有選擇題、填空、作圖、實(shí)驗(yàn)探究和計(jì)算題.從試題的內(nèi)容看，作圖題常考力臂、滑輪、滑輪組的繞線；計(jì)算題的知識(shí)點(diǎn)主要有功、功率、滑輪組的機(jī)械效率的計(jì)算；實(shí)驗(yàn)探究題涉及的內(nèi)容主要是探究杠桿的平衡條件、影響機(jī)械的機(jī)械效率等.這類(lèi)試題的特點(diǎn)是把知識(shí)放在生活實(shí)際的情景中考查.主要有杠桿的分類(lèi)、滑輪和滑輪組的特點(diǎn)分析以及相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例，探究影響簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率因素等等.而這些領(lǐng)域不少同學(xué)又存在思維誤區(qū)，解題錯(cuò)誤率很高，下面將針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行探討.

一、理解力臂的概念、滑輪的特點(diǎn)并規(guī)范作圖

例1 如圖1是釣魚(yú)竿釣魚(yú)的示意圖，O為支點(diǎn)，F(xiàn)1是手對(duì)魚(yú)竿的作用力，請(qǐng)畫(huà)出：

（1）F1的力臂；

（2）魚(yú)受到重力的示意圖.

解析 先找到支點(diǎn)O，再找到F1所在的直線叫力的作用線，從支點(diǎn)O向F1所在的線作垂線，垂線段l1就是F1的力臂；先標(biāo)出魚(yú)的重心，從重心處豎直向下作一定長(zhǎng)度的直線段，并在線段末端畫(huà)上箭頭表示力方向，然后標(biāo)出重力符號(hào)G.答案：如圖2.

點(diǎn)評(píng) （1）作杠桿的力臂是一項(xiàng)重要的技能，在歷年的中考試題中出現(xiàn)較多，特別是取材于生活實(shí)際中的杠桿.力臂是點(diǎn)到線的距離，作圖具體做法可歸結(jié)為：一找點(diǎn)，二找線，點(diǎn)線之間作垂線，所作垂線段就是對(duì)應(yīng)力的力臂.

（2）錯(cuò)因透視：考生對(duì)力臂概念的理解不清楚：力臂是支點(diǎn)到力的作用線的距離，考生容易理解為支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離，若作用點(diǎn)不變，力的方向改變，力臂就改變，同時(shí)作圖不規(guī)范.

例2 如圖3甲是滑輪組，物重G=90N，

滑輪質(zhì)量、摩擦、繩重不計(jì)，用30N的力勻速提升重物，在圖中畫(huà)出繩的繞法.

解析 滑輪組能省多少力，取決于滑輪組繩子的股數(shù)，本題物重G=90N，滑輪質(zhì)量不計(jì)，要求用力為30N，用三分之一的力，設(shè)計(jì)“一定一動(dòng)”的滑輪組就可以了，需要繞３股繩子，繩子末端通過(guò)動(dòng)滑輪，但不能改變力的方向.答案：如圖3乙所示.

點(diǎn)評(píng) （1）滑輪組繞線是中考常考的作圖題之一，要求考生明確繩子股數(shù)、繩子終端的作用.最佳繞法是在確定繩子終端通過(guò)定滑輪或動(dòng)滑輪后，從終端向始端繞，從外圍向內(nèi)部繞，這樣可避免死記“奇動(dòng)偶定”等繞法.

（2）錯(cuò)因透視：①不能確定繩子股數(shù)；②對(duì)動(dòng)滑輪和定滑輪的特點(diǎn)不清，對(duì)動(dòng)滑輪能省一半力生搬硬套，如果在動(dòng)滑輪質(zhì)量、摩擦、繩重不能忽略的情況下，必須增加滑輪和繩子股數(shù)；③不知道繩子起始端該從定滑輪還是動(dòng)滑輪開(kāi)始繞；④繞線不規(guī)范等.

二、根據(jù)杠桿的特點(diǎn)對(duì)杠桿進(jìn)行分類(lèi)

例3 如圖4賽艇運(yùn)動(dòng)員用很長(zhǎng)的船槳?jiǎng)澊挥檬种苯觿澦?原因是使用船槳能（ ）.

A.省力

B.省距離

C.獲得較大的動(dòng)力

D.受到更大的阻力

解析 船槳的動(dòng)力臂小于阻力臂，是費(fèi)力杠桿，根據(jù)杠桿的平衡條件可知，費(fèi)力杠桿可以省距離，所以選B.

點(diǎn)評(píng) （1）杠桿的分類(lèi)是中考試題中的熱點(diǎn)題目，多以選擇題、填空題出現(xiàn)，試題的內(nèi)容源于生產(chǎn)或生活實(shí)際中應(yīng)用的簡(jiǎn)單工具，如鑷子、剪子、鉗子等，這就要求考生要準(zhǔn)確理解杠桿的平衡條件，多關(guān)注生活實(shí)際，熟悉生活中的簡(jiǎn)單機(jī)械的應(yīng)用.

（2）錯(cuò)因透視：對(duì)生活中的杠桿認(rèn)識(shí)不足，學(xué)習(xí)中不能夠緊密聯(lián)系生活、物理、社會(huì)，不能夠正確判斷省力杠桿或費(fèi)力杠桿及其特點(diǎn)；本題易判斷為A、C.

三、杠桿平衡條件的探究

例4 如圖5甲所示，小明在探究“杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中所用的實(shí)驗(yàn)器材有：杠桿、支架、彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺、細(xì)線和質(zhì)量相同的鉤碼若干個(gè).

（1）實(shí)驗(yàn)前，將杠桿中點(diǎn)置于支架上，當(dāng)杠桿靜止時(shí)，發(fā)現(xiàn)杠桿右端下沉.此時(shí)，應(yīng)把杠桿兩端的平衡螺母向 （選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)，使杠桿在不掛鉤碼時(shí)，保持 并靜止，達(dá)到平衡狀態(tài).這樣做的好處是：便于在杠桿上直接測(cè)量 .

（2）杠桿調(diào)節(jié)平衡后，小明在杠桿上A點(diǎn)處掛4個(gè)鉤碼，在B點(diǎn)處掛6個(gè)鉤碼杠桿恰好在原位置平衡.于是小明便得出了杠桿的平衡條件為： .他這樣得出的結(jié)論是否合理？ 為什么？ .

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小明提出了新的探究問(wèn)題：“若支點(diǎn)不在杠桿的中點(diǎn)時(shí)，杠桿的平衡條件是否仍然成立？”于是小組同學(xué)利用如圖乙所示裝置進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)在杠桿左端的不同位置，用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上拉使杠桿處于平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)出的拉力大小都與杠桿平衡條件不相符.其原因是：

.

解析 杠桿平衡調(diào)節(jié)一般采用將平衡螺母向下沉的反方向調(diào)節(jié)的方法，即哪邊輕向哪邊調(diào)，所以向左邊調(diào)；杠桿在水平位置平衡，這樣可避免杠桿自身重力對(duì)杠桿平衡的影響，同時(shí)動(dòng)力和阻力都是豎直向下的，力臂落在杠桿上便于測(cè)量力臂；在探究杠桿平衡條件時(shí)應(yīng)該多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有普遍性，更具有可靠性；杠桿的平衡條件是F1l1=F2l2；如果支點(diǎn)不在杠桿的重心上，杠桿的重力就會(huì)對(duì)杠桿的平衡造成影響，所以不符.本題答案：（1）左 水平 力臂；（2）F1l1=F2l2 不合理 結(jié)論具有偶然性（結(jié)論沒(méi)有普遍性）；（3）杠桿自重的影響.

點(diǎn)評(píng) （1）探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)是中考實(shí)驗(yàn)題的高頻考點(diǎn)，將知識(shí)、方法、能力（數(shù)據(jù)處理能力、分析結(jié)論、評(píng)估能力）融于一體.具體內(nèi)容包括：①杠桿平衡的調(diào)節(jié)方法；②杠桿水平平衡的意義；③實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，普遍性討論等.

（2）錯(cuò)因透視：①杠桿平衡的調(diào)節(jié)方法不清，易混淆調(diào)節(jié)方向；②不理解杠桿為什么要水平平衡的原因和重心在支點(diǎn)上的意義；③多數(shù)考生死記硬背杠桿的平衡條件，而不能夠用科學(xué)的態(tài)度對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行評(píng)估等，這些都是丟分的重要原因.

四、做功條件的辨析

例5 下列實(shí)例中，力對(duì)物體沒(méi)有做功的是（ ）.

A.起重機(jī)吊起重物

B.馬拉車(chē)，車(chē)未動(dòng)

C.跳水運(yùn)動(dòng)員從跳臺(tái)跳下

D.舉重運(yùn)動(dòng)員，將杠鈴舉起

解析 做功的兩個(gè)必要條件是：作用在物體上的力F和在力的方向上通過(guò)的距離s.起重機(jī)吊起重物，重物受到拉力，并在拉力方向上通過(guò)了距離；跳水運(yùn)動(dòng)員從跳臺(tái)跳下，運(yùn)動(dòng)員受到重力，并在重力的方向上通過(guò)了距離；舉重運(yùn)動(dòng)員將杠鈴舉起，杠鈴受到運(yùn)動(dòng)員舉杠鈴的力，并在力的方向上通過(guò)了距離，故A、C、D中力均對(duì)物體做功；馬拉車(chē)，車(chē)未動(dòng)，車(chē)受到馬的拉力，但未在拉力的方向上通過(guò)距離，所以拉力不做功，故選B.

點(diǎn)評(píng) （1）功是力F和在力的方向移動(dòng)距離s的乘積，F(xiàn)和s的關(guān)系是特定的，s是在F的方向上運(yùn)動(dòng)的距離.在中考試題中常以選擇題和填空題的形式出現(xiàn).

（2）錯(cuò)因透視：分辨不清做功的條件以及力和距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系：常見(jiàn)不做功的情況有：有力無(wú)距離；有距離無(wú)力；有力有距離，但在力的方向上沒(méi)有通過(guò)距離.而多數(shù)考生認(rèn)為只要有力和距離就認(rèn)為做功了，沒(méi)有考慮二者方向的一致性.

五、探究影響機(jī)械效率的因素

例6 某實(shí)驗(yàn)小組利用圖6所示的裝置研究杠桿的機(jī)械效率，實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下：

①用輕繩懸掛杠桿一端的O點(diǎn)作為支點(diǎn)，在A點(diǎn)用輕繩懸掛總重為G的鉤碼，在B點(diǎn)用輕繩豎直懸掛一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，使杠桿保持水平；

②豎直向上拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)緩慢勻速上升（保持O點(diǎn)位置不變），在此過(guò)程中彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為F，利用刻度尺分別測(cè)出A、B兩點(diǎn)上升的高度為h1、h2 .回答下列問(wèn)題：

（1）杠桿的機(jī)械效率表達(dá)式為η= .（用已知或測(cè)量的物理量符號(hào)表示）

（2）本次實(shí)驗(yàn)中，若提升鉤碼的重一定，則影響杠桿機(jī)械效率的主要因素是：

.

（3）若只將鉤碼的懸掛點(diǎn)由A移至C，O、B位置不變，仍將鉤碼提升相同的高度，則杠桿的機(jī)械效率將 （選填“變大”“變小”或“不變”）.

解析 機(jī)械效率是利用機(jī)械在做功的時(shí)候，有用功占總功的百分比，即η=■

×100%.本題杠桿克服重力對(duì)物體做的功，即Gh1，總功是人通過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)杠桿做的功，即Fh2.

所以，杠桿的機(jī)械效率為：η=■×100％=■；若重物一定，影響杠桿的機(jī)械效率的因素主要是杠桿自身的重量；將懸掛點(diǎn)A移至C點(diǎn)，杠桿重心被提升，高度減小，即額外功減小，有用功不變，則杠桿的機(jī)械效率將變大.本題答案：（1）■×100% （2）杠桿的自重 （3）變大

點(diǎn)評(píng) （1）機(jī)械效率是機(jī)械的性能標(biāo)志，“探究機(jī)械的機(jī)械效率”是初中物理的重要實(shí)驗(yàn)之一，主要考查考生的實(shí)驗(yàn)分析能力及科學(xué)素養(yǎng).試題內(nèi)容表現(xiàn)為前些年探究滑輪組的機(jī)械效率居多，近年來(lái)探究杠桿的機(jī)械效率也多見(jiàn)于中考試卷.影響因素主要從額外功和有用功兩個(gè)方面分析，額外功是機(jī)械的自重、摩擦等，當(dāng)額外功一定時(shí)，多做有用功也會(huì)提高機(jī)械效率.

（2）錯(cuò)因透視：正確分析影響機(jī)械效率的因素有難度，分析時(shí)不能只考慮一個(gè)因素：①當(dāng)總功一定時(shí)，有用功越多或額外功越少機(jī)械效率越高；②當(dāng)有用功一定時(shí)，機(jī)械所做的總功越少或額外功越少機(jī)械效率越高；③當(dāng)額外功一定時(shí)，機(jī)械所做的總功越多效率就越高.簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率不是固定不變的.具體影響因素表現(xiàn)在除了跟機(jī)械的自重、摩擦、繩重等有關(guān)外，還跟所提升物體的重力有關(guān)，物體越重，機(jī)械效率越高，這一點(diǎn)考生理解起來(lái)比較困難.同時(shí)多數(shù)考生習(xí)慣于探究滑輪組機(jī)械效率，而對(duì)于杠桿機(jī)械效率的探究要陌生得多.

綜上所述，簡(jiǎn)單機(jī)械和功這一章將知識(shí)、能力、應(yīng)用融為一體，難度較大，同學(xué)們應(yīng)避免誤區(qū)的形成，熟練理解概念、提高能力、并加以應(yīng)用，才能在中考中取得好成績(jī).