一、杠杆（教学课件）物理苏科版2024九年级上册

苏科版 九年级上册 第十一章 简单机械和功 一、杠杆 01 02 03 04 05 CONTENTS 杠杆原理的应用 什么是杠杆 探究杠杆平衡的条件 杠杆动态平衡分析 学习目标 1. 知道什么是杠杆及杠杆五要素； 2. 会画杠杆的力臂； 3. 理解杠杆的平衡条件及应用， 4. 根据杠杆平衡条件进行有关计算； 5. 会判断省力杠杆、等臂杠杆和费力杠杆； 6. 知道分析探究析杠杆平衡条件实验； 7. 根据杠杆五要素、杠杆平衡条件学会综合分析杠杆动态平衡问题。 重点难点 教学重点： 1.杠杆及杠杆的五要素； 2.杠杆平衡条件及其探究实验过程； 3.杠杆原理的应用（杠杆的分类）。 1.分析实际生活中复杂的杠杆模型，确定杠杆的五要素，并解决有关问题； 2.尝试解决探究杠杆平衡条件实验中所遇到的问题； 3.分析杠杆动态平衡问题； 4.杠杆在其他物理模块的应用，如压强与浮力。 教学难点： 在古代，人类就学会利用一些自然材料如石头、木头、兽骨、植物纤维等来制造工具。人们知道，单纯依靠自己肌肉产生的力量是有限的，制造一些工具可以产生更好的效果。杠杆就是这样的一类工具。你使用过杠杆类的工具吗？能说说它的作用吗？ 开罐头 铁路维修 舂（chōng）米 情景引入 PART ONE 什么是杠杆 如图 （a）所示，用硬棒（可选择直尺或铅笔）和橡皮撬动课本，观察撬课本的过程；结合生活中的切纸刀［图 （b ）］、开瓶器［图 （c）］、钓鱼竿［图 （d）］等工具，分析这些工具在使用时有什么共同的特点？ 探究新知 木板上钉了一枚图钉，你能直接用手把它拔出来吗? 活动11.1 拔图钉 做一做 议一议 你是怎样拔出图钉的?有哪些方法?哪一种方法更方便、省力? 方法①：用螺丝刀撬出来；方法②：用羊角锤拔出来。 图钉很小，而且用手拔时需要用很大的力才行，所以直接用手很难把它直接拔出来。 请从图11-1中选择合适的工具把图钉拔出来。 选择羊角锤。 羊角锤能够方便地卡住图钉，使用时相当于一个省力杠杆，所以选择图中的羊角锤更方便、省力。 图11-1 拔图钉 1.定义：物理学中，将在力的作用下可绕一固定点转动的硬棒称为杠杆。 注意: （1）“硬棒” 是指在力的作用不发生形变。 （2）杠杆可以是直的，也可以是弯曲的。如钓鱼竿、指甲剪、脚踏式翻盖垃圾桶。 O l1 2.杠杆五要素：支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂 （1）支点：杠杆绕着转动的点，即图中的点O。 （2）动力：使杠杆转动的力，即图中的 F₁。 （3）阻力：阻碍杠杆转动的力，即图中 的 F₂。 （4）动力臂：从支点到动力作用线（通过力的作用点沿力的方向所引的直线）的距离 ，即图中的l₁。 （5）阻力臂：从支点到阻力作用线的距离，用l2表示。 l2 F1 F2 3. 力臂的画法 l2 l1 B F2 O F1 A F2 B O A F1 1. 找出支点的位置 3. 从支点作动力、阻力作用线的垂线 2. 确定动力、阻力作用线 4. 标垂足，定力臂 F1 F2 l1 l2 F1 F2 l1 O l2 O 在杠杆的使用中，杠杆的平衡状态是一种非常重要的状态。 杠杆在满足什么条件时，才会平衡呢？ 画出图中杠杆各力的力臂。 PART TWO 探究杠杆平衡的条件 学生实验：探究杠杆平衡的条件 信息快递：当杠杆在动力和阻力的作用下静止时，我们就说杠杆处于平衡状态。 1.安装杠杆，调节杠杆两端的平衡螺母，使之在水平位置平衡 。 实验与记录 2. 如图11-4所示，在杠杆左边挂一定数量的钩码，用弹簧测力计在杠杆右边某一位 置竖直拉住杠杆。设弹簧测力计对杠杆竖直向下的拉力F₁是动力，动力臂为l₁ ;钩码对杠杆的拉力F₂ 是阻力，阻力臂为l₂ 。 当杠杆在水平位置平衡时 ，测量F₁ 、 l ₁ 、F₂ 、l₂ 的大小 ， 并将数据记录在下表中 。 图11-4 探究杠杆的平衡条件 序号 F₁/N l₁/cm F₂/N l2/cm ①         ②         ③         ④       3.在下列情况下使杠杆在水平位置平衡，将相关数据记录在上表中： (1)保持钩码和弹簧测力计的位置不变，改变钩码的数量。 (2)保持钩码的数量和位置不变，改变弹簧测力计的位置。 (3)保持弹簧测力计的位置和钩码的数量不变，改变钩码的位置。 6 2.0 3.0 4 4 6 4.0 6.0 2.0 12 4 6.0 8 4.0 12 6.0 分析表中数据，找出它们之间的关系。你有什么发现? 交流与小结 杠杆的平衡条件也称杠杆原理，是由古希腊学者阿基米德总结出来的。 为了说明杠杆原理的威力，他曾说过： “假如给我一个支点，我就能推动地球”(图11-5)。我国古人也对杠杆进行过深入研究，并将杠杆广泛应用于生产和生活中。 实验表明，杠杆平衡时 动力×动力臂=阻力×阻力臂 用字母表示可写成 F₁1₁=F₂l₂ 图11-5 阿基米德想象用杠杆移动地球 1.使杠杆在水平位置平衡的原因是什么？ 避免偶然性，得出普遍规律. 2.为什么要多次实验? 实验反思： 一是可直接从杠杆上读出力臂的大小；二是消除杠杆自身重力对杠杆平衡的影响。 3.教材用杠杆一端挂钩码，另一端用弹簧测力计竖直向下拉的方法做实验。请分析说明用这种方法做实验的好处是什么？ 用弹簧测力计竖直向下拉杠杆时，由于测力计的力可以连续变化，容易得到所需要的力，不需要调整力臂，所以这种方法很容易使杠杆平衡。 4.若采用杠杆两端都挂钩码的方法，探究杠杆平衡条件是否可行？ 可行。 实验视频—杠杆两端挂钩码探究杠杆平衡条件 在我国，人们很早就开始运用杠杆解决生产、生活中的问题。 图11-6所示是在我国湖南长沙出土的战国时期的天平和砝码。该天平配有多个砝码，最小的砝码质量约为0.6g 。这说明当时的称量已经相当精确。 《墨经》中对秤的原理作了较为科学的描述。《墨经》将被称物品叫 作“重”,砝码叫作“权”,支点到“重”的距离叫作“本”,支点到 “权”的距离叫作“标”,如图11-7所示。 读一读 中国古人对杠杆的研究和应用 明代宋应星在《天工开物》中描绘了用于捣谷的碓(图11-8)和用于汲水的桔槔(图11-9)。 PART THREE 杠杆原理的应用 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？ 观察思考 羊角锤 瓶盖起子 观察思考 钓鱼竿 1.省力杠杆 (1)示意图：如图所示 (2)特点：动力臂______阻力臂，平衡时动力______阻力。用较小的动力就可以克服较大的阻力。（l1>l2， F1<F2） 大于 小于 (3)常见的省力杠杆：瓶盖起子、羊角锤、独轮车、钳子等。 省力杠杆的实例分析 F1 F2 o o F2 F1 剪刀相当于两个杠杆组合在一起 l2 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______阻力臂，平衡时动力______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） 大于 小于 (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、扫帚等。 费力杠杆的实例分析 o F1 F2 F2 l1 l2 l2 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。 o F1 生活中的一些费力杠杆： 扫把 镊子 船桨 3.等臂杠杆 (1)示意图：如图所示 (2)特点：动力臂______阻力臂，平衡时动力______阻力。这样的杠杆既不省力也不费力。（L1=L2， F1=F2） 等于 等于 (3)常见的等臂杠杆：跷跷板、托盘天平。 生活中的等臂杠杆： 托盘天平 跷跷板 生活•物理•社会 生活中的剪刀 如图11-12所示，剪刀是生活中常见的工具，它也是一种杠杆。注意观察从事不同行业的人，所用的剪刀各有什么特点。 图11-12 常见的剪刀 裁缝用的剪刀刀刃比平常家用剪刀的刀刃长得多，完成一次剪裁动作可以裁剪较长的布料。 理发师用的剪刀手柄比较短，他们剪发时手的动作幅度较小， 可提高剪发的频率。 钣金工师傅剪铁皮用的剪刀，其动力臂比阻力臂长，只要用较小的力，就能把坚硬的金属片剪开。 园艺师使用的剪刀有很多种，如修整冬青树的剪刀、剪花枝的剪刀等。请你调查：园艺师使用了哪些剪刀?它们各有什么特点和用途? 例题 据报道，一位物理老师在动物园内，用弹簧测力计称出了一头大象的质量。在称象过程中，他用到了吊车、铁笼和一根很长的槽钢等辅助工具， 如图11-13所示。槽钢上的悬吊点0为支点，测得动力臂l1 为 9m, 阻力臂l₂ 为 7cm (图11-14)。槽钢在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数为200 N。若 不计槽钢和铁笼的质量，试估算大象的质量(g 取10N/kg)。 图11-13 用杠杆称象 图11-14 称量原理示意 分析 称象过程运用了杠杆原理。若不计槽钢和铁笼的质量，则图 11-14中的F₂ 与大象所受的重力G 大小相等。 解答 槽钢是一个杠杆，点O为支点，人通过弹簧测力计对杠杆A 端的拉力F₁=200 N 为动力，动力臂1₁=9m; 杠杆B 端所受的拉力F₂ 为阻力，阻力臂l₂=7cm=0.07m。 根据杠杆原理F₁l₁=Fl₂ 可得 拉力F₂与大象的重力G 大小相等，即F₂=G=mg, 所以大象的质量 反思 如果要考虑槽钢和铁笼的质量，那么在称象前应做什么准备工作? 骨骼、肌肉和关节构成了人体的运动系统。尽管人体的各种运动 相当复杂，但最基本的运动都是由 骨骼绕关节转动产生的，其模型就 是杠杆。例如，当手握哑铃向上运动时(图11- 15),上臂中的肱二头肌收缩、肱三头肌伸展产生的力 使前臂骨骼绕肘关节转动。因此，前臂骨骼可以看成杠杆，肘关节是支点，哑铃对手的压力是阻力， 上臂中的肌肉对前臂骨骼施加的力则是动力。 人体有600多块肌肉，它们在神经系统的控制下，分别负责各 部位的运动。当你做抬腿、伸臂、点头、叩齿等动作时，就用到了身上各种各样的杠杆。 生活•物理•社会 从人体中的杠杆到空间站的机械臂 图11-15 举哑铃 人体中的杠杆为科技工作者的发明创造提供了很多启示，机械臂的 发明就是其生动体现。中国空间站的机械臂(图11-16)设置了多个关节， 通过这些关节的旋转，能够实现任意角度与位置的抓取等操作。它还能在空间站舱体外表面爬行，主要承担舱段转位、航天员出舱活动、舱外货物搬运、舱外状态检查和大型设备维护等任务。 PART FOUR 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？ 分析：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； ③F变大； 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？ 分析：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； ③F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）。 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？ 分析：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； ③F=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？ 分析：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； ③F先变小后变大（当F与杠杆垂直时F最小）。 A ． 托盘天平 B . 钢丝钳 C ． 开瓶扳手 D . 筷子 1 ．如图所示是生活中几种常见的工具，其中可看作等臂杠杆的是 ( ) 课堂练习 A 2．如图所示，用扳手拧螺帽时，图 （a/b）的握法更有利于拧紧螺帽，原因是动力臂更 （长/短）。 b 长 3．园艺师使用如图所示的剪刀修剪树枝时，为了更省力，应尽量让树枝 （靠近/远离）刀轴 O ，手握在刀柄的 （中间/末端）。使用此剪刀时 （省/ 费）距离。 靠近 末端 费 4．如图所示，人在用哑铃锻炼。将前臂从水平位置绕 O 点抬起哑铃，前臂此时相当于一个杠杆，其简化图如图乙所示。若哑铃重力为 50N，L1 = 5cm ，L2 = 20cm ，则拉力F1 = N。 200 5．如图所示，在调节平衡后的杠杆两侧，分别挂上相同规格的钩码，杠杆处于平衡状态。若在 A 、B 两处再各加一个钩码，下列说法正确的是 ( ) A ．杠杆右边向下倾 B ．杠杆左边向下倾 C ．杠杆仍平衡 D ．无法确定杠杆是否平衡 A 6．如图，B 为杠杆 OA 的中点，在 B 点挂一个 20N 的重物，加在 A 点的动力使 OA 在水平位置保持静止（杠杆重力及摩擦均不计），则 ( ) A ．该杠杆一定是省力杠杆 C ．作用点在 A 点的最小动力等于 10N B ．该杠杆一定是费力杠杆 D ．物体的重力就是杠杆所受的阻力 C 杠杆 课堂小结 杠杆的定义 杠杆的五要素 杠杆的平衡条件 杠杆动态平衡分析 杠杆原理的应用 省力杠杆 等臂杠杆 费力杠杆 什么是杠杆 杠杆平衡状态：在动力和阻力作用下静止 杠杆平衡的条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂 动力、阻力 支点 动力臂、阻力臂 布置作业 1.指出图11-17中各个杠杆工作时的支点、动力、动力臂、阻力和阻力臂，并说明它们中哪些是省力杠杆，哪些是费力杠杆。 (a) 羊角锤 (b) 镊子 (c) 夹子 图11-17 (a) 对羊角锤而言，锤头和木板接触的部分是支点，钉子对锤施加的力是阻力，方向沿着钉子向下，支点到钉子施加的力的作用线的距离是阻力臂，手对锤柄的力是动力，支点到手施加的力的作用线的距离是动力 臂。因为它的动力臂比阻力臂长，所以是省力杠杆。 (b) 对镊子而言，支点在顶端，手对镊子向里的压力是动力，顶端到手指施加的力的作用线的距离是动力臂，所夹物品对镊子施加的力是阻力，方向向外，相应的阻力臂是顶端到物品施加的力的作用线的距离，动 力臂比阻力臂短，是费力杠杆。 (c) 对于夹子而言，夹子中间的交点处是支点，手对夹柄的压力是动力，支点到手指施加的力的作用线的距离是动力臂，使夹头向内的力是阻力，支点到使夹头向内的力的作用线的距离是阻力臂，动力臂比阻力臂长，是省力杠杆。 2. 如图所示，在“探究杠杆的平衡条件”实验中，保持杠杆水平平衡，改变弹簧测力计拉杠杆的方向，弹簧测力计的示数会改变吗?此时动力臂与支点到动力作用点的距离相等吗?试用杠杆平衡条件解释。 会改变；不相等； 解释：当保持杠杆在水平位置平衡时，如果保持弹簧测力计悬挂点不变，改变弹簧测力计拉杠杆的方向，杠杆仍然保持水平平衡。这种情况下，弹簧测力计的示数会变大，因为拉力方向倾斜后，力臂会变短，为了保持杠杆平衡，拉力需要增大‌。 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING $$