内容正文:
八年级下册 •人教版
第十二章 简单机械
12.1 杠杆
本节导读
学习目标
引入新课
探究新知
课堂小结
课堂达标
1
2
3
4
5
目录导读
学习目标
1.能识别出杠杆,准确找出杠杆的五要素。
3. 能对杠杆进行分类,选择合适的杠杆解决生活中的实际问题.
4 .辨析生活中的有关实例,了解杠杆是一种模型,初步认识模型建构在物理学中的作用。
2.知道杠杆的平衡条件,并能进行相关计算
3
引入新课
我们的周围有各种各样的机械:提升重物的起重机,代步的自行车,计时的钟表……现在,机械更进入了太空。在中国空间站上工作的机械臂可以组合使用,完成各种复杂的任务。
本章我们就从最简单的机械入手,了解它们如何使日常生活和工作更便利、更有效。
4
引入新课
观察图的跷跷板、羊角锤和开瓶器等机械,你认为这些机械有什么共同的特点呢?
提出问题
5
杠杆
这些机械工作时都会绕着一个点转动,并且都有力作用在物体上,都是一根硬棒。
发现共同点:
杠杆
一、杠杆
一根硬棒,在力的作用下能绕着固定点转动,这根硬棒就是一个杠杆。
方法点拨
“硬棒”和“能绕着固定点转动”是杠杆的两个关键特征。“硬”是指不考虑发生形变,是一种理想情况,杠杆是一种理想模型。理想模型是人们分析物理问题的基础。
F1
固定点
1.定义
杠杆
2.杠杆五要素
(1)支点:杠杆可以绕其转动的点O.
(2)动力:使杠杆转动的力F1.
(3)阻力:阻碍杠杆转动的力F2.
(5)阻力臂:从支点O到阻力F2作用线的距离l2.
(4)动力臂:从支点O到动力F1作用线的距离l1.
0
l1
F1
F2
l2
杠杆
注意:
1.支点、动力、阻力作用点都在杠杆上。
2.动力和阻力是两个使杠杆向相反方向转动的力。
3.力臂是支点到力的作用线的距离,不是支点到作用点的距离;力臂不一定在杠杆上;若力的作用线过支点,则力臂为0。
F
力臂为0
l1
l1
杠杆
小练习:画出动力臂和阻力臂
l1
l2
F2
l1
l2
F2
杠杆平衡
1.当杠杆在动力和阻力的作用下静止时,我们就说杠杆平衡了。
二、杠杆平衡
在生产、生活实践中,人们常常利用杠杆的平衡解决问题,如利用杠杆的平衡制造称量物品的天平,杆秤等。那么杠杆在什么时候才能平衡呢?
杠杆平衡条件
2.杠杆平衡条件
【实验思路】
影响杠杆平衡的因素
找出这四个量之间的关系
我们可以先保持阻力和阻力臂不变,改变动力和动力臂,然后再保持动力和动力臂不变,改变阻力和阻力臂,再综合分析。
平衡螺母
杠杆平衡条件
【实验过程】
1.调节杠杆两端的螺母,使杠杆保持水平并静止,达到平衡状态。
便于在杠杆上直接测量动力臂和阻力臂的值。
使杠杆保持水平位置平衡的目的:
调节平衡方法与天平一致
杠杆平衡条件
2.给杠杆两侧挂上不同数量的钩码,移动钩码的位置,使杠杆重新在水平位置平衡。这时杠杆两侧受到的作用力的大小等于各自钩码所受的重力的大小。
3.把右侧钩码对杠杆施的力记为动力F1,
左侧钩码对杠杆施的力记为阻力F2;测
出杠杆平衡时的动力臂l1和阻力臂l2;把
F1、F2、l1、l2的数据填入下表。
杠杆平衡条件
4.保持阻力F2和阻力臂l2不变,改变动力F1,相应调节动力臂l1的大小,再做几次实验,把数据填入下表。
5.保持动力F1和动力臂l1不变,改变阻力F2,相应调节阻力臂l2的大小,再做几次实验,把数据填入下表。
次数 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm
1
2
3
4
…
杠杆平衡条件
次数 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm
1 1 10 2 5
2 0.5 20 2 5
3 1 10 4 2.5
【实验表格】
【实验结论】
F1 L1 = F2 L2
杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂
杠杆平衡条件
视频欣赏:研究杠杆平衡条件
杠杆平衡条件
2.公式变形:
即:作用在杠杆上两个力的大小与他们的力臂成反比。
杠杆平条件几点说明:
1.杠杆的平衡条件F1 l1=F2 l2 就是阿基米德发现的杠杆原理。
3.应用公式计算时,单位要统一,即动力和阻力的单位要用牛(N),动力臂和阻力臂的单位要相同(cm或m)。
4.判断杠杆是否平衡,取决于F1 l1和F2 l2;乘积相等就平衡;若不相等杠杆就向着乘积大的那端转动。
杠杆平衡条件
【讨论交流】
在实验前要调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡。实验过程中调节杠杆平衡,不能再调节平衡螺母。
1.杠杆支点在中间的好处是什么?
避免杠杆自重对杠杆平衡的影响。
2.多次测量的实验目的是什么?
避免偶然性,使结论具有普遍性。
3.平衡螺母的调节
杠杆平衡条件
4.使用弹簧测力计进行实验
l1
F2
F1
在杠杆的一侧挂上钩码作为阻力,通过弹簧测力计使杠杆在水平位置平衡。
F2
F1
注意:弹簧测力计一定沿竖直方向施加力。否则不能直接在杠杆上测量力臂的值。
杠杆平衡条件
在上面的实验中,我们研究了动力和阻力位于支点两侧的情况。仔细观察如图所示的杠杆,它与上面实验中研究的杠杆有什么不同?
F2
想一想
如图所示的杠杆,动力和阻力在支点的同一侧。
无论动力和阻力在支点的两侧还是同侧,当两个力和对应的力臂的乘积相等时,杠杆就平衡了。
杠杆平衡条件
杠杆
【例题】动物园内,一位物理老师利用一个小小的弹簧测力计,就测出了一头大象的质量(如图)。测量时用一根长度为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,弹簧测力计的示数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。
乙
杠杆平衡条件
解:人通过弹簧测力计对杠杆的拉力为动力F1=200N,动力臂l1=6m;不计铁笼的质量,则大象对杠杆的拉力为阻力F2,它等于大象所受的重力G,阻力臂l2= 4cm=0.04m。 根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2 ,有
F2===3×104N
大象的重力G=F2=3×104N
大象的质量m为
= 3×103kg=3t
乙
生活中的杠杆
如图甲所示,是利用撬棒撬石头时的情景,如图乙所示,是钓鱼情景。
请仔细观察它们的动力臂和阻力臂,哪个更长呢?我们在使用它们时,是省力?还是费力呢?
想一想
0
l1
F1
F2
l2
甲
l1
l2
F2
乙
生活中的杠杆
根据杠杆平衡条件分析:
F1 L1=F2 L2
若l1 > l2,则F1<F2
若l1 < l2,则F1>F2
若l1 = l2,则F1=F2
省力杠杆
费力杠杆
等臂杠杆
0
F1
F2
l1
l1
生活中的杠杆
1.省力杠杆特点
l1 > l2,则F1<F2,
0
l1
F2
F1
l2
F1
F2
使用省力杠杆时,动力作用点移动的距离大于阻力作用点阻力移动的距离,即费距离。
省力费距离。
生活中的杠杆
在生活中,你还发现了哪些工具是省力杠杆?
钳子
核桃夹子
羊角锤
瓶起子
生活中的杠杆
剪铁剪子
铡刀
手推车
自行车闸
在生活中,你还发现了哪些工具是省力杠杆?
生活中的杠杆
2.费力杠杆特点
F2
F1
l1 < l2,则F1>F2,
因为动力臂l1小于阻力臂l2,所以是费力,但动力作用点移动距离小于阻力作用点移动的距离。所以费力省了距离。
费力省距离。
l1
F1
F2
l2
生活中的杠杆
在生活中,你还发现了哪些工具是费力杠杆?
笤帚
人的前臂
食品夹
铁锹
生活中的杠杆
筷子
起重机
火钳
镊子
在生活中,你还发现了哪些工具是费力杠杆?
杠杆
3.等臂杠杆特点
l1 = l2,则F1=F2
0
F1
F2
l1
l1
不省力也不费力,不省距离也不费距离。
生活中杠杆
杠杆分类 力臂关系 力的大小关系 省费距离情况
省力杠杆
费力杠杆
等臂杠杆
F动<F阻
F动>F阻
F动=F阻
l动>l阻
l动<l阻
l动=l阻
费距离
省距离
不省距离也
不费距离
4. 总结——杠杆的分类
古代的杠杆
我国古代的杠杆
科学世界
桔槔是古代的取水工具。人们在井边竖一根立木,架上一根横木,横木的一端绑上大石块,另一端系绳和水桶。不取水时,石头位置较低;当要取水时,人借助体重向下用力水桶的一端往下拉,另一端大石块上升。当水桶装满水后,大石块下降,通过杠杆的作用,将水桶提升。
1.桔槔
明代的《天工开物》中就记载了许多利用杠杆的器具。
古代的杠杆
2.踏碓
踏碓是古代的舂米工具,由杵臼演变而来,也运用了杠杆原理。用柱子架起一根木杠,木杠的一端装一块大石头,用脚连续踩踏木杠的另一端,石头就连续起落,去掉石臼中稻谷的皮。
古代的杠杆
3.水碓
在踏碓的基础上,人们又发明了利用水力的水碓,水碓的原动轮是一个大型卧式水轮,轮的轴上装有一排互相错开的拨板,用以拨动碓杆,碓杆的一端装有碓头,水轮转动时,就使几个碓头相继舂米。它不仅用于粮食加工,还用于舂碎香料、陶土等。
我国古代杠杆
视频欣赏:我国古代的杠杆
课堂小结
杠杆
杠杆
杠杆平衡条件
定义:
五要素
生活中的杠杆
在力的作用下,能绕固定点转动的硬棒.
支点O
动力F1 、阻力F2
动力臂l1、阻力臂l2
动力×动力臂=阻力×阻力臂 F1l1=F2l2
省力杠杆:l1>l2,F1<F2,省力,费距离.
费力杠杆:l1<l2,F1>F2,费力,省距离.
等臂杠杆:l1=l2, F1=F2,不省力,也不费距离.
达标练习
1.下列关于杠杆的说法中,正确的是( )
A.从支点到力的作用点之间的距离叫力臂
B.杠杆一定是直的
C.动力与阻力的方向总是相反的
D.支点可以在动力作用点与阻力作用点之间,也可以在外侧
D
达标练习
2.下图为商贩用核桃夹夹核桃时的场景,下列工具使用时与核桃夹属于不同类型杠杆的是( )
B
A B C D
A.羊角锤 B.取碗夹 C.裁纸刀 D.手术钳
达标练习
A
3.如图所示,用瓶起子开瓶盖时,下列对应的图示正确的是( )
A B C D
达标练习
4.指甲剪是生活中常用的小工具,如图所示,它由ABC、OBD、OED三个杠杆组成。用它剪指甲时,属于省力杠杆的是( )
A
A.ABC B.OBD C.OED D.三个都是
达标练习
5.如图所示是园艺工人用剪刀修剪枝条时的情境,O点是剪刀的转动轴。下列说法正确的是( )
B
A.该剪刀正常使用时是费力杠杆
B.枝条靠近O点时,能够更省力
C.手靠近O点时,能够更省力
D.手靠近O点时,能够增大动力臂
达标练习
6.用一杠杆提拉重物,小明尝试了多种不同方式来研究最省力的方式如图所示,操作中支点为O。图中、、、表示力的四种不同方向,其中能使杠杆保持平衡的最小拉力为( )
B
A. B. C. D.
达标练习
7.如图是北京某住宅小区门口栏杆的示意图,当在A处施加一个动力时,可将栏杆逆时针拉起来,下列四个选项中的杠杆与它类型一致的是( )
AC
A B C D
达标练习
8.如图所示,搬运砖头的独轮车,车厢和砖头所受的总重力G=900N。当工人在车把手施加竖直向上的动力,保持车把手在水平方向上且独轮车静止时( )
BC
A.动力臂长度为0.8m
B.手向后移动可以减小动力
C.动力大小为300N
D.抬高车把手需要增大动力
达标练习
9.如图所示是三种类型的剪刀,请为学校园艺师傅选择一把剪树枝的剪刀,你会选择 (选填“A”“B”或“C”)剪刀,这种杠杆 (选填“费距离”或“省功”)。
费距离
A
达标练习
10.汽车中的刹车装置利用了杠杆原理,脚踩踏板时,曲轴绕O点转动,示意图如图所示,请在图中画出脚对踏板压力F的示意图及力臂l。
达标练习
11.如图所示,拉杆式行李箱在拉力F的作用下静止在斜坡上,请画出行
李箱受到的重力G的示意图,以及拉力F对O点的力臂l。
达标练习
12.如图甲是小明用水后及时关闭水龙头时的情景,水龙头的手柄可以看作是一个杠杆如图乙所示。请在图乙中画出施加在A点的最小动力F1的方向及阻力臂L2。
达标练习
13.图甲是皮带打孔器,其AOB部分可视为一个杠杆,图乙是其简化示意图,图中O为支点,是打孔时A点受到的阻力。请在图乙中画出作用在B点的最小动力及其力臂。
达标练习
14.如图所示,图甲是正在使用的核桃夹,上、下两部分都是杠杆,图乙是上半部分杠杆的示意图。请在A点画出最小动力F1的示意图,在B点画出阻力F2的示意图及其力臂l2。
达标练习
15.图甲是一种菜馅挤水器,使用时可以轻松挤走菜馅中多余的水分,其手柄可以视为一个杠杆,图乙是其简化示意图。请在图乙中画出在A点施加的最小动力F1(保留作图痕迹)。
达标练习
16.如图(a)所示的多功能夹,其中AOB可以看成一个杠杆(b)所示。请在(b)图中画出使用该多功能夹时,作用在A点的最小动力F1的示意图及阻力F2的为臂l2。
达标练习
【解析】[1] A.功率是描述物体做功快慢的物理量,故A错;B.功率的大小由功(1)挂钩码前杠杆静止的位置如图甲,此时应将平衡螺母向 调节,使杠杆在水平位置平衡。这样做的好处是 。
(2)杠杆调好后,某同学在图乙所示的位置挂了个钩码,在A点挂 个相同的钩码,杠杆恰好在水平位置平衡,于是他得出平衡条件。他得出的结论是否科学? ,理由是 。
17.在“探究杠杆的平衡条件”实验中:
右
便于测量力臂
2
不科学
仅靠一次实验得出的结论具有偶然性
达标练习
【解析】[1] A.功率是描述物体做功快慢的物理量,故A错;B.功率的大小由功
(3)取下A点下方所挂钩码,改用弹簧测力计向下拉,如图丙。当弹簧测力计由竖直向下拉改为斜拉时,要使杠杆再次在水平位置平衡,弹簧测力计的示数将 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
变大
未来可期
不负韶华
Lavf58.20.100
Lavf58.20.100
$$