12.1 杠杆（教学课件）-2024-2025学年八年级物理下册（人教版2024）

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 $$