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(jīng)常用它們或?qū)⑺鼈兘M合起來為人類服務(wù)，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(xiàn)了競賽試題來源與生活的特點，又鍛煉了學(xué)生的思維能力、實踐能力和創(chuàng)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?shù)脑韴D。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(guī)律叫做帕斯卡定律）。 

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現(xiàn)在有一個油壓千斤頂，有關(guān)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(fù)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(xué)們能閱讀題目自學(xué)帕斯卡定律，并能應(yīng)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(shù)，它可以為十層以下的舊樓加設(shè)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(zhì)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(yīng)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(guī)格中選取。）

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分析與解 （1）將液壓電梯倒轉(zhuǎn)過來，就相當于一個動滑輪，根據(jù)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(zhì)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(fù)合裝置，重點考查滑輪、壓強和二力平衡的知識。我們應(yīng)善于將復(fù)雜機械進行簡化和分類，運用其規(guī)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(fù)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(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。