10.1 科学探究：杠杆的平衡条件(课件)--八年级物理下册同步精品课堂(沪科版)

(3)常见的费力杠杆：镊子、缝纫机脚踏板、钓鱼竿、筷子夹菜、皮划艇的桨、 扫帚扫地等。
费力杠杆的实例分析 F2
l2
o
l1
F1
F1
F2
l2
o
l1
筷子相当于两个杠杆组合在一起。 人的右手与钓鱼竿接触处为支点。
生活中的一些费力杠杆：
镊子
船 桨
扫把
3.等臂杠杆 (1)示意图：如图所示
(2)特点：动力臂__等__于__阻力臂，平衡时动力__等__于__阻力。这样的杠杆既不省力 也不费力。（L1=L2， F1=F2） (3)常见的等臂杠杆：天平、定滑轮。
省费力、距离情 况
应用举例
省力费距离 撬棍、扳手、钢丝钳
省距离费力
镊子、鱼竿、筷子
不省力也不省距离 天平、跷跷板
感谢观看
课堂小结
①杠杆的定义：一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点转动， 这根硬棒就是杠杆。
科学 探究： 杠杆 的平 衡条
件
②杠杆的五要素：支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂。 ③杠杆的平衡条件：动力动力臂=阻力阻力臂
F1l1＝F2l2
④杠杆分类
三类杠杆 力臂关系
省力杠杆 费力杠杆 等臂杠杆
l动 ＞ l阻 l动 ＜ l阻 l动 = l阻
第10章 机械与人
10.1 科学探究：杠杆的平衡条件
教师 xxx
目录
C O N TA N T S
01 杠杆
02 杠杆的平衡条件
03 杠杆的分类及其应用 04 杠杆动态平衡分析
引入
情景引入
人的力量是有限的，但是人的智慧是无穷的。人们在劳动中经常使用各 种机械，使工作更省力、更方便。有的机械很简单，例如，钳子、扳手、螺 丝刀等等；有的机械比较复杂，例如，缝纫机、车床、收割机等等。
解：如图所示：F1=200N，l1=6m，l2=4cm＝0. 04m 由杠杆平衡条件 F1L1＝F2L2 可得：
F1L1
F2 =
L2
=
200 N×6 m 0. 04 m
Байду номын сангаас
=3×104 N
l1＝6m
大象所受的重力：G2=F2=3×104 N
大象的质量为：
F1＝200N
m=
G g
3×104 N = 10 N/kg
4.“孝”是我们中华民族的传统美德。其实“孝”很简单，孝是父 母回来时我们端上的一杯热茶，孝是父母累时我们一句关心的话 语，孝是父母洗脚时我们端来的一盆洗脚水，如图为小梦曲臂端 茶时的示意图，其中肱二头肌对前臂A处的拉力为动力F1，B处端 着的托盘对手臂向下的作用力为阻力F2．下列生产和生活中的杠 杆与其不属于同一类型的是（ ）
=3×103 kg = 3t
l2＝4cm O
F2=？
03
杠杆的分类及其应用
我国古代对杠杆的应用
古代舂米
古代打水
观察思考 我们身边有很多杠杆。例如，跷跷板、羊角锤、船桨、各种剪刀， 观察这些杠杆，它们的动力臂和阻力臂有什么关系？
羊角锤
瓶盖起子
钓鱼竿
1.省力杠杆 (1)示意图：如图所示
(2)特点：动力臂__大__于__阻力臂，平衡时动力___小__于_阻力。用较小的动力就可 以克服较大的阻力。（L1>L2， F1<F2） (3)常见的省力杠杆：瓶盖起子、羊角锤起钉子、独轮车、钳子等。
7.画出图7中的动力臂l1和阻力臂l2
8.如图所示，是某人分别用两种方式挑着同一物体行走时的情景，
小强看后感到疑惑，于是想用实验的方法探究竟。他要研究的问题
是：在杠杆平衡的情况下（ ）
A
A．动力臂和阻力一定时，动力和阻力臂的关系
B．动力和阻力一定时，动力臂和阻力臂的关系
C．动力和阻力臂一定时，动力臂和阻力的关系
A
A．羊角锤 B．筷子 C．钓鱼竿 D．食品夹
5．如图杠杆AOB用细线悬挂起来，分别在A、B两端分别挂上质量
为m1、m2的质量相同重物时，杠杆平衡，此时AO恰好处于水平位
置，不计杠杆重力，（ C ）
A．AO＞OB
B．AO＝OB
C．AO＜OB
D．无法判断
6.如图所示，用杠杆将物体A吊起，O是支点，请画出拉力F1的力 臂L1和物体A所受重力的示意图。
F1的力臂l1 不在杠杆上
③画力臂的要求
1、先确定杠杆的支点O和动力、阻力的方向。
2、过力的作用点沿力的方向画出力的作用线。 注意： 必要时要用虚线将力的作用线延长。
3、从支点O向力的作用线引垂线，画出垂足，则从支点到垂线 的距离就是力臂。
4、最后用大括号或箭头勾出力臂，并在旁边写上字母l1或l２。
捣谷的舂（chōng）
汲水的桔槔（ jié gāo ） 中国传统的杆秤
②现代生活中常使用的一些工具
想一想
这些工具在使用时，有什么共同特点? 有力的作用
共同特征 绕固定点转动 硬棒
③杠杆的概念 杠杆： 在力的作用下，能绕固定点转动的硬棒，叫做杠杆。
固定点 F1
相当于
F2
两个杠杆
注意: “硬棒” 是指在力的作用不发生形变。 杠杆可以是直的，也可以是弯曲的。
省力杠杆的实例分析
o l2
F1 F2
剪刀相当于两个杠杆组合在一起
F1
o
F2 l1
生活中的一些省力杠杆：
2.费力杠杆 (1)示意图：如图所示
(2)特点：动力臂_小__于___阻力臂，平衡时动力___大__于_阻力。动力作用点移动较 小的距离就可以使阻力作用点移动较大的距离。（L1<L2， F1 >F2）
11.一个600N重的成年人和一个小孩都过一道4m宽的水渠。成人从 左岸到右岸，而小孩从水渠右岸到左岸，两岸各有一块3m长的坚 实木板，他们想出了如图的方式过渠，请分析在忽略木板自身重量 和木板叠交的距离情况下，要使成年人和小孩都能平安过渠，小孩 的体重不能轻于多少牛？（ C ） A．100N B．200N C．300N D．400N
④力臂的作法 以人用撬棒翘起物体为例——画出动力F1与阻力F2的力臂
（力的作用 线）
阻力臂l２
动力F１
F1 F2
支点O 阻力F2
动力臂l１
试一试：画出图中杠杆各力的力臂
l1
F1
O
l2 F2
O
F2
l1
l2
F1
02
杠杆的平衡条件
杠杆的平衡条件：
杠杆平衡 杠杆在动力和阻力作用下静止时，我们就说杠杆平衡。 【猜想】杠杆在满足什么条件下会保持平衡？ 探究杠杆平衡的条件 【实验器材】
带有刻度的杠杆、钩码、弹簧测力计、铁架台。
【实验过程】
1.调节平衡螺母，使杠杆水平平衡。 思考：为什么要调节在水平位置平衡？ 2.杠杆两端挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置， 使杠杆水平平衡。将动力F1、阻力F2、动力臂l1、 阻力臂l2记录在表格中。
保证力臂沿杠杆， 便于测量力臂
3.改变阻力和阻力臂的大小，相应调节动力和动力 臂的大小，再做几次实验。 4.在杠杆的一侧挂上钩码作为阻力，通过在其他位 置上用弹簧测力计拉住杠杆的办法使杠杆平衡。将 动力F1、阻力F2、动力臂l1、阻力臂l2记录表格中。
D．动力臂和阻力臂一定时，动力和阻力的关系
9.如图，杠杆处于平衡状态。如果杠杆两侧的钩码各减少一个，
杠杆将（ ）
A
A．左端下降 B．右端下降
C．仍然平衡 D．无法判断
10．如图所示，将一把米尺从中点O处支起，并在其两边分别挂 四个钩码和两个钩码，此时米尺恰好平衡。下列增减或移动钩码 的操作中，仍能使米尺继续保持平衡的是（ C ） A．两边各加一个钩码 B．两边的钩码各向外移动一格 C．左边增加一个钩码，右边钩码向外移动一格 D．左右两边的钩码各减少一个
（情形3）如图，力F的方向保持竖直 向上，杠杆在力F的作用下绕O点匀 速转动到水平位置的过程中，力F的 大小如何变化？
如图：①F2=G保持不变，l 2 与l 1同时变大，且比值为0.5； ②由杠杆平衡条件得：F = F2l 2/l 1； ③故，F=0.5G 保持不变。
（情形4）如图，杠杆保持静止， 力F的方向由竖直向上变为水平向 右的过程中，力F的大小如何变化？
2．如图所示，“ABC”和“DEF”是指甲刀的两个杠杆，下列说 法正确的是（ A ） A．“ABC“是省力杠杆，“DEF”是费力杠杆 B．“ABC”是费力杠杆，“DEF”是省力杠杆 C．“ABC”是省力杠杆，“DEF”是省力杠杆 D．“ABC”是费力杠杆，“DEF”是费力杠杆
3.如图所示的用具中，在使用时属于费力杠杠的是（ A ） A.食品夹 B．裁纸刀 C．钳子 D．核桃夹
生活中的等臂杠杆：
定滑轮
跷跷板
托盘天平
例题：如图所示的四种情景中，所使用的杠杆属于费力杠杆的是 （C ）
A．启瓶器 B．切纸铡刀 C．食品夹
D．羊角锤
04
杠杆动态平衡分析
（情形1）如图，力F始终与杠杆垂 直，杠杆在力F的作用下绕O点匀 速转动到水平位置的过程中，力F 的大小如何变化？
如图：①F2=G 与 l 1=OA 保持不变，l 2 变大； ②由杠杆平衡条件得：F = F2l 2/l 1； ③故，F变大；
为了方便研究，人们将机械的各种构件归并为杠杆、滑轮、轮轴、斜 面、螺旋等，并把它们称为简单机械。
人类很早以前就学会使用杠杆了。丽辉煌的咸阳宫曾蔚然矗立于八 百里秦川。司马迁在《史记》中有关于这座宫殿的描述。下图就是我们 的祖先在建造宫殿时的情景。你能讲出其中的道理吗？
01
杠杆
①古代人们使用的一些工具
固定点
力F1 力F2
杠杆的五要素
①描述杠杆的名词（杠杆“五要素”）
支 点：杠杆绕着转动的点O； 动 力：使杠杆转动的力F1 ； 阻 力：阻碍杠杆转动的力F2 ； 动力臂：从支点到动力作用线的距离l1 ； 阻力臂：从支点到阻力作用线的距离l2 。
F1 l2
F2 人用撬棒翘起物体
注意：“力的作用线” 是指过力的作用点沿力的方向所画的 直线。不是支点到作用点的距离。
②进一步理解杠杆的“五要素”
杠杆可以是直的，也可以是弯的。即杠杆 可以是各种各样的形状。
支点一定在杠杆上。动力和阻力可以在支点 两侧，也可在支点同侧。作用在杠杆上的动力 和阻力使杠杆转动的方向一定是相反的，但动 力和阻力的方向不一定相反。
力臂不一定在杠杆上，当力的作用线与杠杆 不垂直时，力臂与杠杆不重合。力臂包含了力的 作用点和力的方向两个要素。
（情形2）如图，力F的方向保持水平 向右，杠杆在力F的作用下绕O点匀 速转动到水平位置的过程中，力F的 大小如何变化？
如图：①F2=G保持不变，l 2 变大，l 1变小； ②由杠杆平衡条件得：F = F2l 2/l 1； ③故，F变大；
注意：此情况下杠杆不可能到达水平位置（当杠杆无限接近 水平位置时，l 1无限接近于零，F无穷大）。
如图：①F2与l 2 保持不变，l 1先变大后变小； ②由杠杆平衡条件得：F = F2l 2/l 1； ③故，F先变小后变大（当F与杠杆垂直时F最小）。
课堂练习
1.如图，筷子是中国的国粹，在世界各国的餐具中独树一帜，使用 时相当于杠杆，下列关于筷子的使用情况，分析正确的是（ D ） A．筷子相当于省力杠杆 B．筷子相当于等臂杠杆 C．手握筷子位置向上移动，所需动力不变 D．手握筷子位置向上移动，所需动力变大
【实验数据记录】
次数
动力F1 （钩码）/个
1
3
2
6
3
4
4
2
阻力F2 （钩码）/个
4 4
2 2
动力臂l1/格
4 2 2 2
杠杆的平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂
F1l1＝F2l2
阻力臂l2/格
3 3 4 2
例题
据《杭州日报》报道，2001年6月22日，在杭州 动物园内，一位物理老师利用杠杆原理，仅用小小 的弹簧测力计就测出了一头大象的质量（如图甲所 示）。测量时利用了一根长度为12m的槽钢作为杠 杆，如图乙所示，吊钩固定于槽钢的中点O。当槽 钢水平静止时，弹簧测力计示数F1为200N。测得L1 为6m，L2为4cm。若不计铁笼的质量，请估算大象 的质量。g取10N/kg。