简单机械问题的考查趋势

智浪教育-普惠英才简单机械问题的考查趋势纵观近几年中考简单机械试题，最显著的特点就是把对杠杆各要素的作图、滑轮组绕线方法、杠杆平衡条件及滑轮组省力情况等基础知识和基本技能的考查放到了学生熟知的具体情境中，让试题走进现实生活，突出学生分析和解决实际问题能力的考查。试题重视对实验能力的考查，试题形式丰富多彩。1．注意从实际中选取素材，考查学生在实际情景中提取信息、分析和处理问题的能力，引导教学联系学生生活实际和社会实际。基础知识和基本技能历来都是中考的重要内容，将基础知识与基本技能放在真实生动的场景下考查是中考命题的趋势。解题时要找出对应的物理模型，以物理概念、规律为依据进行分析。掌握扎实的基础知识，是提高物理知识应用水平的前提。例1．假期小盼和爸妈要一起去旅游，在将较重的摄像机和较轻的衣物装进旅行箱时，你觉得他应该把重的摄像机放在箱的______（填“上部”或“下部”）较合理。简述这样放的理由____________。若忽略箱体和轻物品的重力，在图2中，用实心黑点表示较重的摄像机。请根据你的设想，画出动力臂L1和阻力臂L2。解析：如图2，人推旅行箱是以与地接触点为支点的省力杠杆，阻力为箱重G，动力为F。根据杠杆原理，在动力臂一定时，阻力臂越小越省力，因此，较重的摄像机应放在箱的下部。答案：下部减小阻力臂力臂如图2所示。例2．人体的运动系统相当复杂，但最基本的运动形式是，骨骼在肌肉提供的动力作用下绕关节转动。如图3所示是手端起茶杯的情景，其前臂骨骼相当于杠杆，肱二头肌收缩提供动力。由图可以看出，这是一个（）智浪教育-普惠英才A．费力、省距离的杠杆B．省力、费距离的杠杆C．费力、也费距离的杠杆D．省力、也省距离的杠杆解析：根据题中所述，手端起茶杯就相当于一个以肘关节为支点的动力臂小于阻力臂的费力杠杆。费力杠杆虽然费了力，但省了距离。答案：A2．重视考核物理基本技能的形成过程。在初中阶段，物理基本技能包括：有目的地观察物理现象、记录观察或测量结果，物理器材的正确操作和使用，物理课外小制作，以适当方式表达有关物理内容的科学见解等。例3．如图4所示，用撬棒撬起大石头，向上、向下用力都可以，哪一种方式更省力？请你具体说明原因。。分析：向上用力时，B为支点，C是阻力作用点，AB是动力臂，BC是阻力臂。向下用力时，D为支点，C是阻力作用点，AD是动力臂，DC是阻力臂。杠杆的省力情况取决于动力臂与阻力臂的比值。显然，向上更省力。答案：向上更省力，因为向上时动力臂AB与阻力臂BC的比值大于向下用力时动力臂AD与阻力臂CD的比值。点评：题目侧重考查学生应用知识和方法分析实际问题的能力、推理能力以及文字组织智浪教育-普惠英才与表达能力。3．编制开放性试题，为学生提供发展、创造的空间。开放性试题有助于培养学生的发散思维能力、灵活运用知识的能力；有助于克服思维定势，避免思维僵化和单一，给学生更广阔的思维空间，有助于对问题全面深刻的认识；有助于培养学生的创新意识。这类试题涉及面较广，灵活而无模式可依，但都基于学生已有的进行设计。因而不同程度的学生都可以根据自己的能力、水平进行探索，都有发挥的空间。例4．小汉在家里挖一个蓄水池，当挖到一定深度时发现一块质量约120kg的石头（如图5所示）。问：凭小汉一个人的力量（小明重约500N），采用一种什么样的简单机械才能把石头移出水池（即把石头提升到池口）？通过计算说明简单机械至少需要满足什么条件？请你画出示意图。（机械的重和摩擦可忽略不计，g取10N/kg）解析：由题意，使用简单机械时，小汉个人能施出的最大的力约为500N（设想若超过500N，小汉将被机械吊起而脱离地面），因此要想把重120kg×10N/kg=1200N的石头提升，所用简单机械至少要省力1200/500=2.4倍。这样的简单机械可以是省力杠杆，也可以是滑轮组，甚至可以是轮轴，所以题目有多个答案。答案：方法一（1）用省力杠杆（2）根据杠杆平衡条件：F1L1=F2L2∴L1/L2=F2/F1=G石/G1=120×10/500=2.4∴杠杆必须满足条件是：L1≥2.4L2（3）示意图如图6，动力臂要大于阻力臂。方法二：（1）用一个滑轮组（2）求承重绳子的段数：n=G石/F1=120×10/500=2.4∴滑轮组必须有三段以上承重的绳子（3）示意图如图7，要求有三段以上的绳子吊着动滑轮。智浪教育-普惠英才4．注重考查实验的思想方法。《物理课程标准》要求，在突出科学探究内容的同时，重视研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛。因此，注意考察研究物理问题的方法，成为当前和今后中考的热点。在初中阶段，需要掌握的科学研究方法主要有：控制变量法、理想实验法、等效替代法、物理模型法、类比法、归纳法等。实验中控制误差主要方法有：多次测量取平均值、累积法（积多算少法）等。实验数据处理常用表格、图像法，得出结论常用归纳法等等。例5．我们的家乡——芜湖，一直以来就是长江下游重要的商贸港口城市。芜湖长江大桥，这座目前我国科技含量最高的特大型公、铁两用斜拉索桥梁的建成，使得芜湖这座古老的城市又焕发出强烈的时代气息。大桥的建设，用到了很多物理学的知识和研究方法。（1）在铁路桥引桥靠近居民住宅区一侧，建有高3米左右的板墙（如图8所示），其作用是。（2）汽车过桥时，每隔一段距离会有明显颠簸，这是大桥桥面上的缝隙所致。这些缝隙是（）A．一种交通标志，用于确认距离，避免发生追尾事故B．来往车辆过多，造成路面损毁C．避免司机开车由于过分平稳而瞌睡D．伸缩缝，用于允许路面的膨胀和收缩（3）将大桥的结构进行简化，取其部分可抽象成如图9丁所示的模型，①可以看出它用到了的相关知识。其中O是，代表桥重和过往车辆等产生的对桥的作用力。智浪教育-普惠英才②为了减小钢索承受的拉力，在需要与可能的前提下，可以适当增加塔桥的高度。请分析原因。③假如让你来设计新的斜拉索式大桥，你还能提出什么方法可以减轻钢索承受拉力？（说出一种方法即可）⑷你知道吗？在上述的研究中，我们用到了物理学中很重要的一种研究方法：建立模型．建立模型可以帮助人们透过现象，忽略次要因素，从本质认识和处理问题；建立模型还可以帮助人们显示复杂事物及过程，帮助人们研究不易甚至无法直接观察的现象。想想看，在初中物理学习中，你在研究哪些问题时也用到了这种研究方法？请举一例具体说明。（第本题实例除外）分析：本题以芜湖长江大桥为载体，将声、热、杠杆等知识有机的融合，考查学生综合利用知识的能力。特别是注重了对物理学研究方法的考查，使学生在做题过程中学会了忽略次要因素，抓住主要问题的建立模型法。题目最后一问让学生再举例子说明在初中物理学习中，在研究哪些问题时也用到了这种方法？容易激活学生的思维，促使学生对知识的回忆和重新整合。答案：⑴用以隔音，减少火车行驶时产生的噪音污染。⑵(Ｄ)。⑶①杠杆、支点、Ｆ１；②增加桥塔的高度，可以增大拉力的力臂。根据杠杆的平衡条件，钢索所承受的拉力也随之减小；③使用新型轻质材料减小桥梁自重等。⑷研究肉眼观察不到的原子结构时，建立原子核式结构模型。电路图是实物电路的模型。力的示意图或力的图示是实际物体和作用力的模型。实验室常用手摇交流发电机及挂图来研究交流发电机的原理和工作过程（柴油机、汽油机模型等）。研究连通器原理时用到液片模型。智浪教育-普惠英才例6．甲乙两个实验小组在探究“杠杆的平衡条件”时，分别得到下面两组数据和结论。他们在交流时，甲组发现了自己实验结论的错误和产生错误的原因。你认为甲组产生错误的原因有哪些？甲组乙组次数动力动力臂阻力阻力臂动力动力臂阻力阻力臂1455474214234436483345210结论动力+动力臂=阻力+阻力臂动力动力臂=阻力阻力臂甲组产生错误的原因：。甲组的错误：（1）不同单位的物理量不能相加。（2）这四个物理量中的三个，它们的数据都应任意设定，不能有任何人为设置的规律。甲组产生错误的原因：必须在多次实验的基础上通过分析才能得出结论。点评：本题考查实验思想和方法，若只回答“不对”或依据“杠杆平衡条件”回答问题不算正确。在探究性教学中，杠杆原理一般并不是直接告诉学生，而是通过实验，让学生自己去发现。结果，很多学生就发现杠杆的平衡条件是“动力+动力臂=阻力+阻力臂”，而且不止一组实验数据支持这种想法，于是学生认为他们的想法得到了证实。到了这里，教学涉及到的就不仅仅是杠杆原理的问题了，而是科学探究中归纳的思想方法具有局限性。5．以卡通漫画或富有生活气息的文字描述来为物理命题。从生活走向物理、从物理走向社会是物理新课程标准的基本理念之一。学生发展的重要基础是他们的经历和经验，而他们的经验更多的来自于他们的生活。我们周围的世界存在着大量可用物理原理解释的现象，日常生活中发生的许多事件，都可以与物理知识建立起种种联系，我们应当善于利用现实生活提供的鲜活素材，以卡通漫画或富有生活气息的文字描述来为物理命题。智浪教育-普惠英才例7．用一根结实的绳子，在两根光滑木棒或竹竿上绕上几圈如图10所示，小朋友用力一拉，两位大力士竟撞在一起了。你信不信？试一试，并说明其中的道理。若有三种独轮车如图11所示，请你挑选一下，哪一种最适合？分析：图10让我们联想到物理中的使用滑轮组能省力，光滑木棒或竹竿就相当于滑轮。图11让我们想到杠杆模型，独轮车与地相接触的点为支点，这样(a)为费力杠杆，(b)为省力杠杆，(c)为等臂杠杆。(b)中与重物相比人虽然省了力，但杠杆给人一向下的力，使人对地面的压力增大，走起路来费力。(c)中与重物相比人虽然没有省力，但杠杆给人一向上的力，使人对地面的压力减小，走起路来省力。所以(c)最合适。答案：使用滑轮组能省力(c)点评：以卡通漫画的形式命题，符合学生年龄特点。容易激发阅读、思考的兴致，提高思维能力。把问题转化为物理模型是解决这类题目的关键。6．倡导用身边的器材做实验。这不仅可以拉近物理学与生活的距离，让学生深切地感受到物理的真实性，而且这种做法本身就反映了一种创新能力。例8．小汉用身边的器材做实验，验证杠杆的平衡条件。（1）塑料直尺放在圆柱形水杯上，使其在水平位置平衡，如图12甲所示。则支点O与直尺的______一定在同一竖直线上。（2）往直尺两端放不同数量的相同硬币，并调节硬币位置，使直尺在水平位置平衡，如图12乙所示。①将左、右两侧各取下一枚硬币，则直尺______端将下沉。②小汉测出乙图中的L1、L2作为力臂的大小，是否正确？为什么？分析：本题使用一些生活中随手可得的器材如塑料直尺、水杯、硬币等来验证杠杆的平衡条件。要使直尺在水平位置平衡，必须要消除杠杆重力的影响，所以直尺的重心应放在支点O处。往直尺两端放不同数量的相同硬币，使直尺在水平位置平衡时，必然满足杠杆平衡条件F1L1=F2L2。左、右两侧各取下一枚硬币所改变的力是相同的，但是由于Ｌ1L2，所智浪教育-普惠英才以左边力与力臂的乘积要减小的多，杠杆不再平衡，力与力臂的乘积小的要上翘。因为力臂应是支点到硬币的重力作用线的距离，而不是支点到硬币边缘的距离。所以图中的L1、L2作为力臂的大小，不正确。答案：（1）重心（中心）（2）①右②不正确因为力臂应是支点到硬币的重力作用线的距离，而不是支点到硬币边缘的距离。点评：实验题的考查趋势是逐渐由实验室走向生活，实验器材趋向简单化。实验的内容也不再是死记一些操作步骤，而是在操作过程中去评价操作方案的可行性和正确性，并作出合理的解释。总之，紧密联系学生的生活和社会实际，加强科学探究能力和实验技能的考查，重视考查学生分析问题和解决问题的能力等不仅是简单机械类问题的命题趋势，也是其他物理问题的命题趋势，同学们应加以注意。