题文

为纪念伟大的物理学家爱因斯坦在100年前完成的三项重大科学发现，联合国把2005年定为“国际物理年”．在纪念活动中，小利同学将他发明的令人称奇的“关门装置”（如下图）展示给大家． （1）根据图中场景，请你从A、B、C、D、E、F、G中任选三个环节，指出各自涉及的物理知识． （2）要保证“关门装置”能顺利工作，各环节的设计应符合一定的要求．请你针对其中的两个环节，谈谈设计时要注意的问题．

题型：问答题  难度：中档

答案

（1）在图中的A环节，小孩剪断线后，由于受到的浮力大于重力，气球将上升而碰撞转板一端，使其发生倾斜． B中的转板涉及了杠杆知识；C中的滑板是利用滚动代替滑动减小摩擦；D中的滑梯利用斜面，将重力势能转化为动能； E中的铁锤落下时将重力势能转化为动能；F中的跷跷板利用了杠杆；G中皮球弹起撞击门是机械能的转移． （2）A环节中气球受的浮力要足够大；B环节中的转板转动要非常灵活．

据专家权威分析，试题“为纪念伟大的物理学家爱因斯坦在100年前完成的三项重大科学发现，..”主要考查你对  浮力的应用，杠杆的应用，其他简单机械：轮轴和斜面  等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：

浮力的应用杠杆的应用其他简单机械：轮轴和斜面

考点名称：浮力的应用

• 浮力的应用：轮船、潜水艇、气球和飞艇等。

• 浮力的利用：
  1．盐水选种我国农民常采用盐水浸泡法来选种，如图，这种方法是把种子放入浓度适宜的盐水中，干瘪、虫蛀的种子密度小于盐水的密度会上浮至液面，而饱满的种子则因为密度大于盐水的密度因此它们会沉在底部。
  
  2．轮船用密度大于水的材料制成能够浮在水面的物体，必须使它能够排开更多的水。根据这个原理，人们制造了轮船，轮船是用密度大于水的钢铁制成的，把它做成空心的，使它的平均密度小于水的密度时，它就会漂浮在水面上，这时船受到的浮力等于自身的重力，所以能浮在水面上。只要船的重力不变，无论船在海里还是河里，它受到的浮力不变。根据阿基米德原理如： G_排=ρ_液gV_排。它在海里和河里浸入水中的体积不同。轮船的大小通常用排水量来表示，排水量就是轮船按设计的要求装满货物即满载时排开水的质量。
  3．潜水艇
  (1)潜水艇的上浮和下沉是靠压缩空气调节水舱里水的多少来控制自身的重力而实现浮沉的。(如图所示)
  
   (2)浸没在水中的潜水艇排开水的体积，无论下潜多深，始终不变，所以潜水艇所受的浮力始终不变。若要下沉，可充水，使F浮<G。；若要上浮，可排水，使F浮> G。在潜水艇浮出海面的过程中，因为排开水的体积减小，所以浮力逐渐减小，当它在海面上行驶时，受到的浮力大小等于潜水艇的重力。

考点名称：杠杆的应用

• 生活中常见的杠杆：
  (1)省力杠杆：钉锤、手推车、剪树枝的剪刀等(如图)。
  
   (2)费力杠杆：人的前臂、钓鱼竿、裁缝用的剪刀等 (如图)。
  
  (3)等臂杠杆：天平
  

• 自行车中的杠杆：
       自行车(如图)由许多的简单机械构成，其中就包括各种各样的杠杆：
  
  (1)控制前轮转向的杠杆——车把。这是一个省力杠杆，人们用很小的力就能转动自行车前轮，达到控制自行车运动方向和平衡的目的。
  (2)控制刹车闸的杠杆——车把上的闸把。这也是一个省力杠杆，人们用很小的力就能拉动车闸，使其以比较大的压力压到车轮的钢圈上，与钢圈产生一定的摩擦力，使钢圈转速变慢或停止转动，从而达到减速的目的。
  (3)支持人重和货重的杠杆——三角杠、货架、前叉、后三角杠。这里的杠杆的主要目的是形成车身和承重。
  另外，在自行车上还有卡下杆的变形——轮轴。例如，自行车中轴上的脚蹬和花盘齿轮组成省力轮轴，因为脚蹬半径大于花盘齿轮的半径；车把与前叉轴组成省力轮轴，因为手握车把的半径大于前叉轴的半径；自行车后轴上的齿轮和后轮组成费力轮轴，因为齿轮的半径小于后轮的半径。
  
  杆秤：
       杆秤是利用杠杆平衡条件制成的。如图所示，秤杆上提绳的D点为支点，由于支点不在秤杆(包括秤钩)的重心B点上，在不称物体时，手提绳，秤杆不能平衡于水平位置，此时必须把秤砣挂在适当的位置D点上，才能使秤杆平衡。D点就是杆秤的零刻度线，通常叫定盘星。(如图所示)
  
      秤杆上从定盘星开始刻度是均匀的，用等分法可以确定杆秤的刻度。
      根据杠杆的平衡条件，改变支点的位置(即在秤钩处加上一个提绳)，这样又可以用上面的方法刻出新的刻度来。一般的杆秤都备有两个提纽，两套刻度．大大增加了秤的称量范围。

考点名称：其他简单机械：轮轴和斜面

• 轮轴定义：
  由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成，大的称为轮，小的称为轴。(如图)
  

  斜面定义：
  是一个与水平面成一定夹角的倾斜平面：是一种省力的简单机械。
  

• 轮轴：
  1．轮轴的实质：是—个可以连续转动的杠杆。(如图)
  
  2．轮轴的特点：轮半径是轴半径的几倍，加在轮上的力就是加在轴上的力的几分之一。即：
  
  3．轮轴的功能：一是改变用力的大小；二是改变物体的运动速度。
  4．生活中的轮轴：如：辘轳、汽车方向盘、门把手、扳手等。