3.4 简单机械（第2课时）（教学课件）-【上好课】九年级科学上册同步高效课堂（浙教版）

3.4 简单机械（第2课时） 第3章 能量的转化与守恒 科学浙教版 九年级上册 学习目录 杠杆的平衡条件 杠杆的应用 学习目标 研究杠杆的平衡条件及应用； 知道杠杆的分类及特点。 课堂导入 跷跷板是一种简单的杠杆机械，为什么体重不同的两人在跷跷板上移动到适当的位置能让跷跷板达到水平静止的状态？ 那么杠杆什么样的状态是平衡状态呢？达到平衡状态又需要什么条件呢？ PART 01 杠杆的平衡条件 一、杠杆的平衡条件 杠杆的平衡状态 杠杆在动力和阻力的作用下，保持静止状态或匀速转动状态，我们就说杠杆处于平衡状态。 所以说杠杆的平衡状态并不一定就是水平位置平衡，也可以是非水平位置静止，也可以是匀速转动的状态。 那么杠杆平衡时，应满足什么条件？ 一、杠杆的平衡条件 研究杠杆的平衡 【提出问题】  杠杆平衡时，作用在杠杆上的动力F1、阻力F2和动力臂l1、 阻力臂l2之间存在着怎样的关系呢？ 【建立假设】 两个同学在玩跷跷板的时候，结合自己玩跷跷板的体会，怎样才能保持跷跷板水平位置平衡？若要把自己这一端往下压，需要把自己的身体往外移动，也就是说，增大力臂。从中我们可以得到启发：杠杆的平衡跟动力、动力臂与阻力、阻力臂有关。 一、杠杆的平衡条件 【设计实验】 利用小组合作的方式设计实验方案。我们可以对跷跷板进行简化，如图所示，用一根带有刻度的均质木尺作为杠杆，用钩码的拉力来代替人的作用力，进行实验研究。 【实验器材】 带刻度的杠杆和支架、钩码、细线等。 一、杠杆的平衡条件 【进行实验】 （1）把杠杆的中央支在支架上，调节杠杆两端 的螺母，使杠杆在水平位置处于平衡状态。 （2）在杠杆的两端分别挂上不同数量的钩码， 并左右移动钩码悬挂的位置，直到杠杆再次 在水平位置处于平衡状态。这时杠杆两端受到 的作用力分别等于各自钩码的重力。 ①可以使杠杆的重心落在支点处，此时杠杆自身重力的力臂为0，从而消除了杠杆的重力对实验的影响。 ②此时力臂在杠杆上，便于读出力臂。 注意一开始调好平衡螺母后之后就不再调节，杠杆向右偏，平衡螺母向左调，反之右调 一、杠杆的平衡条件 （3）将支点左边钩码对杠杆的作用力记作动力F1，右边钩码对杠杆的作用力记作阻力F2。将动力和阻力填入表内。 （4）读出动力臂l1、阻力臂l2，并填入表内。 （5）改变力和力臂的数值，重复上述实验，共做4次。把有关数据填入表内。 序号 动力F1（牛） 动力臂l1（厘米） 阻力F2（牛） 阻力臂l2（厘米） 1 0.5 20 1.0 10 2 1.0 20 2.0 10 3 1.5 10 1.0 15 4 2.0 10 1.0 20 目的：避免结论的偶然性，寻找杠杆平衡的普遍性规律 一、杠杆的平衡条件 【数据分析】 每次杠杆平衡时，两侧的力并不相等，力臂也不相等，但动力与动力臂的乘积和阻力与阻力臂的乘积相等。 【实验结论】 杠杆的平衡条件： 用公式表示为 阿基米德杠杆原理 一、杠杆的平衡条件 杠杆平衡条件的应用 根据，可得变形式：， 注意事项： ①单位统一，力的单位为N，力臂的单位一致； ②力和力臂的乘积相等杠杆就平衡，否则乘积大的那端下降，乘积小的上升。 一、杠杆的平衡条件 思考与讨论 为什么要调节杠杆在水平位置平衡，而不使它处于倾斜状态平衡？ 可以使杠杆的重心落在支点处，此时杠杆自身重力的力臂为0，从而消除了杠杆的重力对实验的影响。可以从杠杆上直接读出力臂的大小。 PART 02 杠杆的应用 二、杠杆的应用 使用杠杆到底是省力还是费力呢？ 读图：观察图中所示的杠杆，比较它们的动力臂l1、阻力臂l2、动力F1、阻力F2的大小，你能得出什么结论？ O F1 F2 l1 l2 l1=l2 O F1 F2 l1 l2 l1＜l2 O F1 F2 l1 l2 l1＜l2 O F1 F2 l2 l1 l1＞l2 二、杠杆的应用 由杠杆的平衡条件可知： ①若l1＞l2，则F1＜F2，使用杠杆可省力，为省力杠杆； ②若l1＜l2，则F1＞F2，使用杠杆要费力，为费力杠杆； ③若l1＝l2，则F1＝F2，使用杠杆既不省力，也不费力，为等臂杠杆。 F1＝F2 等臂杠杆 F1＜F2 省力杠杆 二、杠杆的应用 费力杠杆 F1＞F2 F1＞F2 二、杠杆的应用 思考与讨论： 你还能举出一些生活和生产中省力、费力和等臂杠杆的实例吗？如图所示，赛艇上的桨属于哪类杠杆？ F2 F1 l2 l1 如图，l1＜l2，则F1＞F2，使用杠杆要费力，为费力杠杆。 二、杠杆的应用 通过对省力杠杆和费力杠杆的进一步分析，可以发现： 使用省力杠杆虽然省力，但是动力移动的距离比阻力移动的距离大。而使用费力杠杆虽然费力，但是动力移动的距离比阻力移动的距离小。 故省力杠杆可以省力但费距离，费力杠杆费力却省距离。 判断杠杆类型的方法 ①根据力臂大小判断； ②根据使用简单机械的目的，如使用鱼竿钓鱼是为了钓远处的鱼，是为了省距离，所以是费力杠杆，使用撬棒撬石头是为了省力，所以是省力杠杆。 二、杠杆的应用 例. 如图是铁道检修工用的道钉撬，有关尺寸见图。若在A点竖直向下作用200牛的力，道钉撬对道钉会产生多大的力？如果还不能将道钉撬出，在保持手的作用力大小和作用点不变的情况下，采用什么方法可增大道钉撬对道钉的作用力？ 解：据杠杆平衡条件， 可得： 在l2、F1 都保持不变时，要增大F2，只有增大l1。具体做法是：使F1的方向与撬棒垂直，这样l1取值最大。 答：道钉撬对道钉能产生4000牛的力。使F1的方向与撬棒垂直，可增大撬棒对道钉的作用力。 二、杠杆的应用 阅读：我国古代人们对杠杆的应用 早在3000多年以前，勤劳智慧的中国人就已经开始使用杠杆。他们发明了用来捣谷的舂（如图左），用来在井上汲水的桔槔（如图右），以及用来精确测量质量的天平和杆秤等。 在公元前4世纪~公元前3世纪写成的《墨经》中 就对天平的平衡原理作了精辟的论述：“衡木：加重 于其一旁，必捶一重相若也。”意思是：天平横梁的 一臂加重物，另一臂也要加砝码，两者必须等重，才 能平衡。 课堂练习 例1.如图所示杠杆AOB能绕O点转动（杆重和摩擦均不计），已知OA=L1，OB=L2，F1与OA垂直，F2与OB垂直，且F1L1=F2L2，则此杠杆在F1和F2作用下的状态（ ） A.一定静止 B.一定匀速转动 C.可能静止或匀速转动 D.一定变速转动 D 【解析】杠杆平衡状态包括两种：静止状态或匀速转动状态，且动力和阻力使杠杆向相反方向转动，由题图可知，动力F1使杠杆顺时针转动，阻力F2也使杠杆顺时针转动，即动力和阻力使杠杆转动的方向相同，虽然F1L2=F2L2，但杠杆不会平衡，而是会做变速转动，故ABC不符合题意，故D符合题意。 故选D。 例2. 小柚推着购物车在超市购物，如图所示，购物车与货物的总重为100N，A点距离地面0.9m，B、C点为车轮与地面的接触点，当购物车遇到障碍物时，越过障碍物的推车可视为杠杆。小柚先后两次在A点对购物车施加竖直方向的作用力，使车的前后轮分别越过障碍物，下列说法正确的是（ ） A.图甲中购物车要越过障碍物，小柚应在A点施加竖直向上的力 B.图乙中的购物车越过障碍物时以B为支点 C.图甲和图乙中施加的动力分别为和，则大于 D.图乙中动力的力臂大小为0.6m 课堂练习 C 课堂练习 【解析】A.由图甲可知，前轮要越过障碍物时，应以B为支点，使C点抬高，所以应在A点施加向下的力，故A错误； B.由图乙可知，后轮要越过障碍物时，应以C为支点，使B点抬高，在A点施加向上的力，故B错误； C.由图甲可知，前轮越过障碍物时，以B为支点，动力臂为0.6m，由图乙可知，后轮越过障碍物时，以C为支点，动力臂为1.2m，由于图乙中动力臂更大，由杠杆平衡条件可知，图乙中动力更小，所以F甲大于F乙，故C正确； D.由图乙可知，以C为支点，在A点对购物车施加竖直方向的作用力，则图乙中动力臂为1.2cm，故D错误。 故选C。 例3.下列属于省力杠杆的是（ ） A.铁锹 B.天平 C.钓鱼竿 D.铡刀 课堂练习 D 【解析】A.铁锹在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故A不符合题意； B.天平在使用过程中，动力臂等于阻力臂，是等臂杠杆，故B不符合题意； C.钓鱼竿在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故C不符合题意； D.铡刀在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故D符合题意。 故选D。 例4.在探究“杠杆的平衡条件”的实验中： （1）为了便于直接读出力臂的大小，应对图甲杠杆进行的操作是 ； （2）如图乙所示，杠杆上每格均匀等距，每个钩码的质量都相同，若在C位置挂4个钩码，在D处挂 个钩码，仍可使其在水平位置平衡； （3）如图丙所示，用弹簧测力计代替钩码，保持所挂钩码位置不变，不断改变弹簧测力计的作用点和拉力的大小，使杠杆始终在水平位置平衡，绘制出弹簧测力计的拉力F与其力臂L的图像如图丁所示，图像中每次描出的点与两坐标轴围成的矩形面积（如图丁中阴影部分） （选填“相等”或“不等”），其原因是 。 课堂练习 调节平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡 6 相等 阻力和阻力臂保持不变，根据杠杆的平衡条件可知，动力与动力臂的乘积保持不变 课堂练习 【解析】（1）由于杠杆在水平位置平衡时，可以直接在杠杆上读出力臂的长度，所以实验前，需要调节平衡螺母，使杠杆水平平衡，便于实验中直接读出力臂的长度。 （2）由图乙可知，C处距离支点有3小格，C处挂4个钩码，D处距离支点有2小格，设每个钩码的重力为G，每小格长度为L，根据动力臂乘以动力等于阻力臂乘以阻力的杠杆平衡条件，可得4G×3L=nG×2L，解得n=6，所以要在D处挂的钩码数量为6个。 （3）由于矩形的面积等于长乘宽，所以图像中每次描出的点与两坐标轴围成的矩形面积等于力乘力臂，根据动力臂乘以动力等于阻力臂乘以阻力的杠杆平衡条件可知，描出的点两坐标轴围成的矩形面积即为动力臂长度乘以动力的大小，所以各点处的矩形面积都相等。 课堂总结 简单机械 杠杆的平衡条件 杠杆的应用 杠杆平衡调节的应用 探究杠杆的平衡调节 杠杆的分类 识别杠杆的类型 3.4 简单机械（第2课时） 谢谢观看 科学浙教版 九年级上册 $$