組合機械類競賽題分析

簡單機械包含杠桿、滑輪、斜面等，日常生活中經常用它們或將它們組合起來為人類服務，而近幾年的競賽題就選取這些簡單機械作為考查的重點，既體現了競賽試題來源與生活的特點，又鍛煉了學生的思維能力、實踐能力和創新能力。

例題1 汽車更換輪胎時需要把車軸抬起來，這時可以使用“油壓千斤頂”。圖1是油壓千斤頂的原理圖。向下按動手柄，圓柱形小活塞把小油缸中的機油壓向大油缸。大油缸中的油量增多，把圓柱形大活塞向上推，帶著上面的重物上升。實驗表明，加在密閉的液體上的壓強，能夠按照原來的大小向各個方向傳遞（這個規律叫做帕斯卡定律）。 

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現在有一個油壓千斤頂，有關尺寸如圖所示。如果希望在手柄上用20牛頓的力向下壓時就能在大活塞上舉起1噸的重物，大活塞的直徑至少是多少？

思路點撥 這道題是由杠桿、液壓機組成的簡單復合機械，重點考察杠桿的平衡原理和帕斯卡定律的使用。試題要求同學們能閱讀題目自學帕斯卡定律，并能應用這一定律解決實際中問題。

例2 液壓電梯（如下圖2）是一項新枝術，它可以為十層以下的舊樓加設電梯而無需在樓頂增建懸掛轎箱用的機房。

（1）液壓機的柱塞通過滑輪和鋼索帶動轎箱上升，如下圖2所示。為使轎箱上升18米，液壓機柱塞要上升多少米？

（2）有一種液壓電梯，轎箱本身質量是1300千克，油泵最大油壓是2.3×106帕斯卡，廠家所能提供的油壓機柱塞直徑為（單位：毫米）60、85、105、140、184、238六種。通過計算說明應該選用哪種直徑的柱塞。（由于柱塞本身受到重力作用及轎箱加速上升時需要較大的牽引力，廠家要求將柱塞直徑擴大到計算值的1.4倍，然后從所給的六種規格中選取。）

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分析與解 （1）將液壓電梯倒轉過來，就相當于一個動滑輪，根據動滑輪S=nh的特點，液壓機柱塞要上升9米

（2）m——轎箱與負荷的總質量，P——最大油壓，D——一柱塞直徑

思路點撥 這是由滑輪和液壓機組成的復合裝置，重點考查滑輪、壓強和二力平衡的知識。我們應善于將復雜機械進行簡化和分類，運用其規律有效進行解題。

例3 如圖所示的簡單機械是由固定的斜面和滑輪組成的。若斜面的長L與斜面高h的比值為2，整個機械的效率為80％，則使用該機械將重物沿斜面緩慢拉上的過程中，作用力Ｆ與重物所受重力G的比值為_____。

思路點撥 該題將斜面和滑輪組合起來，其目的考查機械的效率計算也適用與復合機械，仍然用有用功去除以總功，但要注意分清有用功和總功，才能準確求解。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。