力学作图题

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作图题实质就是把需要表示的物理模型用示意图的形式表现出来.初中物理力学作图题主要包括力的示意图、杠杆示意图、滑轮组的绕绳等几个部分.

在作力的示意图时，重点是会对物体进行受力分析.在分析物体受力时，不妨按照这样的思路：首先考虑物体受到的重力.第二步观察接触的物体对它的作用，这里主要就是指推力、拉力、压力、支持力、浮力等.最后，再分析物体是否受到摩擦等阻力的作用.分析的方法，一方面是结合摩擦阻力产生的条件，如光滑的表面即表明物体不受摩擦力的作用；另一方面，根据前面两步的受力情况，结合物体的运动状态进行判断，如静止在斜面上的物体，前两个步骤已经知道它受到重力和支持力的作用，但是这两个力不能使物体保持平衡（静止），因此必定受到第三个力的作用，即受到摩擦力的作用.

对于杠杆示意图，难点是对力臂概念的理解.所谓力臂，即支点到力的作用线的距离.因此画力臂时，要抓住“点到直线的距离”的规律，也就是说在画出力的作用线的基础上，作出支点到力的垂线段，这个垂线段的长度就是所要画的力臂.

完成滑轮组的绕绳时，不外乎就是已知吊住动滑轮的绳子段数n、知道绳子自由端位置等几种情况.如果已知n，掌握“奇动偶定”的原则，即n如果是奇数，则绳子的固定端就应该固定在动滑轮的框架上方（上方的钩子上）；n是偶数，则绳子的固定端就固定在定滑轮的框架下方.而且这种情况，绕绳的顺序是“从内往外”.若绳子自由端确定，则应该从绳子自由端开始按“从外往内”的顺序完成绕绳.此外，完成滑轮组绕绳的问题，经常穿插在实验探究题中，这种情况应该根据信息记录表格中有关绳子自由端移动距离s及物体上升高度h，利用s=nh求出n，循序渐进地完成绕绳.

题型1 画出物体所受重力示意图

例1 画出图1-1中茶杯所受重力的示意图.

分析 此类题主要是通过示意图体现力的三要素：大小、方向、作用点.表示重力大小的线段只要有一定长度即可，没有过多的严格要求；重力的方向总是竖直向下的，所以所画的有向线段的方向一定要竖直向下；作用点（即重心位置）一般大致在物体的中心处用实心点表示，如果是规则形状的物体，就画在其几何中心处.另外，重力有专门的物理符号G，故要在所画的线段箭头旁边标上符号G，表示画的是重力.

答案 如图1-2所示.

题型2 按照要求画出物体所受力的示意图

例2 如图2-1所示，重50N的物体静止在水平地面上，画出它所受重力G和支持力F的示意图.

分析 本题除了画重力的要求外，还要画同一物体受到的另一个力.这里必须注意到，物体静止在水平地面上，它受到的重力和支持力是一对平衡力，所以两者必须大小相等、方向相反并且作用在同一条直线上.通常情况下，同一个物体所受到的几个力，作用点一般都画在同一点上.

答案 如图2-2所示.

例3 如图3-1所示，画出物体所受重力G、物体对斜面的压力F的示意图.

分析 本题涉及两个物体的受力分析，故所要画的两个力的作用点与例2就不同了，压力F是斜面受到的，其作用点应该在斜面上，则必须出现两个力的作用点.压力的方向总是垂直于受力面，因此F的方向垂直斜面向下.

答案 如图3-2所示.

题型3 画出物体所受的各个力

例4 如图4-1是厂矿企业常用的一种传送带，现传送带上有一物体P正随传送带水平向右做匀速直线运动，请分析其受力情况，并用示意图把它们表示出来.

分析 本题实质是考查同学们分析物体受力的能力，首先物体受到重力G的作用，另一方面物体受到水平传送带对它的支持力F的作用.在此，可能有同学会认为水平传送带是粗糙不平的，因此物体一定受到摩擦力f的作用，这个想法其实是错误的.由于物体随水平传送带做匀速直线运动，因此物体处于平衡状态；而物体所受到的重力G与传送带对它的支持力F是一对平衡力，则如果物体受到摩擦力的话，就不能保持平衡了.这就说明，我们在分析物体的受力时，要特别注意物体的运动状态.

答案 如图4-2所示.

例5 不久的将来，我国宇航员将登上月球，宇航员完成探月任务后乘火箭离开月球表面，若在某段时间内火箭沿斜向上方向做匀速直线运动，如图5-1所示.请画出在这段时间内，在月球表面上观察到火箭发动机的喷气对火箭产生作用力F的示意图.

分析 本题中火箭做匀速直线运动，因此受到平衡力的作用，月球对火箭的引力与火箭喷气的反冲力是一对平衡力，所以力F的方向应该是竖直向上的.同学们可能误认为火箭是斜向上运动的，因此作用力F的方向应该跟运动方向一致，这是的一种思维定势.物体在平衡力的作用下，如果是做匀速直线运动，其运动方向与力的方向并没有关系.比如吊车吊货物时，拉力等于货物的重力，此时货物可以竖直向上或者竖直向下匀速直线运动，也可以水平匀速直线运动，还可以倾斜向上或者向下做匀速直线运动.

答案 如图5-2所示.

题型4 完成杠杆示意图

例6 在图6-1中，图甲为家庭中常用的一种钢丝钳，其中A是剪钢丝处，B为手的用力点，O为转动轴（支点），图乙为单侧钳柄及相连部分示意图.请在圈乙中画出钢丝钳剪钢丝时的动力臂l1和阻力F2.

分析 杠杆示意图包括杠杆的五要素，此类作图题一般只要完成部分要素的作图过程.本题中要求画出动力臂l1，所谓动力臂就是支点到动力作用线的距离，因此首先画出动力F1的作用线（延长动力示意图的直线），根据数学原理，支点到这条直线的垂线段的长就是所要画的力臂.阻力F2我们可以这样来思考，在A点钢丝钳剪钢丝时，对钢丝有向上的压力的作用，则由力的相互作用原理可知，钢丝对钢丝钳有反向（向下）的作用力，这个作用力就是钢丝钳杠杆受到的阻力F2.

答案 如图6-2所示.

题型5 已知力臂，画出力的示意图

例7 如图7-1所示，一个可绕O点转动的杠杆处于静止状态，已知阻力F2的方向以及动力F1的力臂l1，请在图中补全阻力F2的力臂及动力F1.

分析 图中杠杆是一个直杠杆，阻力F2跟杠杆垂直，所以其力臂l2就等于支点到力的作用点的距离.根据力臂的定义，图中l1就是支点到力的作用线的垂线段，该线段的两个端点分别为支点（图中O）和垂足，所以过另一个端点（支点外的一个端点）作垂线，该垂线与杠杆相交的点就是F1的作用点，该垂线就是F1的作用线，如图7-2所示.如果没有力F2，则该力可能有两个方向，于是我们一定要根据F2的方向来确定F1的方向，保证两个力各自作用在杠杆上时分别使杠杆按顺时针和逆时针两个不同方向转动.由图7-2可知，F2的作用效果是使杠杆顺时针转动，则F1必须能使杠杆逆时针转动，所以F1只能从图中的作用点沿虚线向上的方向.由此可知，针对已知力臂画力的示意图类作图题，一般按照以下步骤进行：

第一，作出力的作用线，确定力的作用点；第二，判断力的方向，保证动力和阻力能各自使杠杆按不同的方向转动.

答案 如图7-3所示.

题型6 作出使用杠杆时加在杠杆上的最小动力

例8 如图8-1所示，是一只圆柱形油桶的横截面.线要求在B点施加一个最小的力F能使底部D稍稍离开地面，请在图中画出这个力.

分析 本题中的油桶可以理解成一个杠杆模型：在B点施加一个力使D点稍稍离开地面，则C点就是固定点（支点）；在B点所加的力是动力；油桶所受重力就是阻力.如图8-2所示，阻力和阻力臂是确定的，根据杠杆原理，动力臂最长时动力最小.显然，在B点施加动力时，最长的力臂就是BC的长度.连接BC得到力F的力臂l（如图8-3），此时问题就转移到已知力臂画力的示意图的题型了.对于此类作图题，一般经过以下几个步骤：

第一，确定支点和力的作用点，力的作用点一般是在杠杆上离支点最远的点；第二，作出力臂，连接支点与力的作用点的连线就是最长的力臂；最后，按照已知力臂完成力的示意图的步骤完成作图.

答案 如图8-4所示.

题型7 画定滑轮、动滑轮杠杆示意图

例9 动滑轮实质是一个省力杠杆，请在图9中画出动滑轮杠杆的“五要素”.

分析 画动滑轮杠杆示意图的难点是支点的确定.由于杠杆的形状没有限制，我们不妨把图示的动滑轮与图9-2的一般杠杆比较，两者有极其相似之处，因此就不难确定动滑轮杠杆支点的位置了.此外，要注意阻力是作用在动滑轮（杠杆）上的力，不能把它作在被动滑轮承吊的物体上面.

答案 如图9-3所示.

题型8 完成滑轮组的绕绳

例10 用如图10-1所示的滑轮组提升重物，请用笔画线组装成最省力的滑轮组.

分析 滑轮组省力的程度由吊住动滑轮的绳子的段数决定.图中只有一个动滑轮，吊住动滑轮的绳子可以有2段或3段，因此按照题中的要求，吊住动滑轮的绳子段数n=3，根据“奇动偶定”的原则，则绳子的固定端应固定在动滑轮上.

答案 如图10-2所示.