第1节 杠杆（第1课时）（教学课件）物理新教材沪科版（五四学制）八年级下册

第8章 简单机械 功和能 八年级下册•沪科版 五四•学制 3 000 多年前我们的祖先就能使用舂、桔槔等机械劳作。如今，工业机器人的应用提高了生产的精度和效率，人类发明、使用的机械遍布生活各个方面。本章我们将学习简单机械、机械功与机械能的相关知识。 通过本章内容的学习，你将了解杠杆、机械功、机械能和机械效率等基本知识，知道动能和势能的相互转化；经历探究杠杆平衡条件的过程，发展基于数据的分析论证能力；感悟机械的运用对社会生产力发展的重要作用；初步建立能量观念。 第1节 杠杆（第1课时） 致老师同学 视频资源 制作 ppt所用视频资源根据教学内容进行精选，均进行了 高质量编辑，故资源比较大，课件大小约90MB. 视频资源 清单 ①视频讲解—《杠杆与杠杆的五要素》 ②演示实验—《探究杠杆的平衡条件》 ③视频讲解—《趣味动画物理，如何画出力臂》 ④课堂总结—《杠杆的平衡条件》 第1节 杠杆（第1课时） 导入新课 杠杆是依据什么原理工作的呢？ 赛龙舟活动是中国端午节的习俗之一，已被列入国家级非物质文化遗产名录，赛龙舟的起源可追溯至战国时期。划龙舟时，人们按锣鼓节拍划桨前进，此时的船桨可以看作一种最简单的机械—杠杆。无论是多么复杂的机械，其实都是由杠杆等各种简单机械组合而成的。 第1节 杠杆（第1课时） 杠杆 01 杠杆的平衡条件 02 课堂总结 03 课堂练习 04 目录 第1节 杠杆（第1课时） 一、杠杆 第1节 杠杆（第1课时） 一、杠杆 1. 杠杆 （1）观察一些工具使用时的特点 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、开瓶器（b）（c）等工具，分析这些工具在使用时有什么共同的特点？ 一、杠杆 （2）杠杆： 一根在力的作用下绕固定点转动的硬棒，我们把它叫做杠杆。 它们的共同特征是：受到力的作用、能绕某一点转动、是一根硬棒。 固定点 固定点 固定点 F1 F1 F1 一、杠杆 （1）描述杠杆特征的“五要素” 支点：杠杆可以绕其转动的点O. 动力：促使杠杆转动的力F1. 阻力：阻碍杠杆转动的力F2. 动力臂：支点O到动力F1作用线的距离l1. 阻力臂：支点O到阻力F2作用线的距离l2. 2. 杠杆的五要素 注意：“力的作用线” 是指通过力的作用点沿力的方向所引的直线。不是支点到作用点的距离。 一、杠杆 （2）透析杠杆五要素 ①支点：一定在杠杆上；同一杠杆，使用方法不同，支点位置可能改变。 ②动力与阻力：作用点都在杠杆上；分别使杠杆向相反方向转动，动力和阻力是相对的。 ③力臂：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（如图所示）；若力的作用线过支点，则力臂为0。 一、杠杆 3. 力臂的画法 第一步：先确定支点O和动力F1、阻力F2的方向；如图所示。 第二步：确定动力和阻力的作用线。从动力、阻力作用点沿力的方向（或反方向）分别画虚线，即为动力、阻力的作用线，如图所示。 第三步：画出动力臂和阻力臂。由支点向力的作用线作垂线，从支点到垂足的距离就是力臂，并标上垂足，标明动力臂与阻力臂的符号“l1”、“l2”，如图所示。 F1 F2 l1 l2 F1 F2 O O 一、杠杆 视频讲解——《杠杆与杠杆的五要素》 一、杠杆 视频讲解——《趣味动画物理，如何画出力臂》 一、杠杆 【例题1】下列关于杠杆的说法中，正确的是（ ） A．杠杆一定是直的 B．若作用在杠杆上的动力方向向上时，阻力方向一定向下 C．杠杆的支点一定在杠杆上，且在杠杆的中间位置 D．杠杆就是一根在力的作用下能绕某一固定点转动的硬棒 D 【解析】A．杠杆可以是直的或弯曲的，如剪刀、钢丝钳等工具都是杠杆但形状弯曲，故A错误； B．动力和阻力的方向由支点位置决定，并非必然相反。例如使用剪刀时，对于剪刀中的其中一半而言，动力向上而阻力方向也向上，故B错误； C．支点必须在杠杆上，但位置不一定在中间，如镊子的支点常在一端，故C错误； D．杠杆是“一根在力的作用下能绕固定点转动的硬棒” ，故D正确。故选D. 一、杠杆 【例题2】如图开瓶器开启瓶盖时可抽象为一杠杆，不计自重。选项图能正确表示它工作示意图的是（ ）    B　 一、杠杆 【解析】由题图知，向上用力时，起子围绕左端O转动，因此O为支点。又因为动力F１的方向向上，使杠杆沿逆时针转动，所以阻力F2的方向向下，使杠杆沿顺时针转动。图B正确。故选B. 一、杠杆 【例题3】如图，硬棒OB能绕支点O转动，A处用绳子拉住固定在墙壁上，B处悬挂重物。请画出物体所受的重力G的力臂和拉力F的力臂，分别用 l1和l2表示。 【解析】由支点O向拉力F的作用线作垂线，则垂线段的长即为拉力 F的力臂l1 ；重物G对杠杆的拉力，其作用点在杠杆上的B点，方向竖直向下，由支点O向重力的作用线作垂线，即为重力G的力臂l2 ；如图所示. 一、杠杆 【例题4】如图所示，钓鱼竿可视为以O为支点的杠杆，请在B点画出阻力F2，并画出阻力臂l2。 【解析】从B点开始，沿竖直向下的方向画一条带箭头的线段，并在线段末尾标上F2，即为阻力示意图； 从支点O向阻力F2的作用线作垂线，支点到垂足的距离为阻力臂l2。如图所示： 二、杠杆的平衡条件 第1节 杠杆（第1课时） 二、杠杆的平衡条件 1. 杠杆的平衡 （1）杠杆的平衡状态 如果杠杆静止不动或绕支点匀速转动，杠杆就处于平衡状态。 （2）杠杆平衡的实例 如图所示的托盘天平、杆秤等工具在使用时也可以看作为杠杆，并且在杠杆处于水平静止的状态下完成物体质量的测量。 二、杠杆的平衡条件 【想一想】如何使杠杆平衡？ 跷跷板也可以看作为杠杆。回顾小时候玩跷跷板的情形，你和小伙伴的质量不同，如何使跷跷板保持水平静止呢？ 为了使跷跷板保持水平，质量小的小朋友，通常会坐得离支点更_______一些；除了改变坐的位置，还可以通过___________保持跷跷板水平。 二、杠杆的平衡条件 【提出问题】 把两位小朋友对跷跷板的作用力分别看作动力F1、阻力 F2，相应的动力臂和阻力臂分别为l1、l2。 背负重物 远 2. 探究杠杆的平衡条件 猜想：杠杆平衡时，动力、动力臂和阻力、阻力臂之间可能存在什么关系？ 二、杠杆的平衡条件 （1）器材 带有刻度的横杆、铁架台（含支架）、弹簧测力计、钩码、细线（或弹簧夹）。 （2）方案 ① 如图（a）所示，将带刻度的横杆支在铁架台上，做成一杠杆，调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置保持平衡。 【搜集证据】 二、杠杆的平衡条件 ② 如图（b）所示，将两组钩码分别挂在杠杆的两侧，通过调节钩码的位置，使杠杆在水平位置仍保持平衡。记录动力F1、动力臂l1和阻力F2、阻力臂l2。 改变钩码的个数和位置，重复上述操作。 二、杠杆的平衡条件 ③ 如图（c）所示，将一组钩码挂在杠杆上，在同一侧通过细线用弹簧测力计竖直向上拉杠杆，使杠杆在水平位置仍保持平衡。把弹簧测力计对杠杆的拉力作为动力F1，钩码对杠杆的拉力作为阻力 F2，记录动力F1、动力臂 l1 和阻力F2、阻力臂l2。 改变钩码的个数和位置，重复上述操作。 二、杠杆的平衡条件 （3）记录 将所有数据记录在表中。 实验序号 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm 1 2 3 数据记录表 二、杠杆的平衡条件 实验序号 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm 1 1.0 30.0 2.0 15.0 2 3.0 5.0 2.0 7.5 3 2.0 10.0 1.0 20.0 大量实验表明，杠杆的平衡条件为 动力×动力臂=阻力×阻力臂，即F1 L1 = F2 L2 比较表中的数据，分析动力F1、动力臂 l1 和阻力F2、阻力臂l2之间的定量关系。 实验结论 【作出解释】 二、杠杆的平衡条件 （1）多次测量获得多组实验数据的目的是 避免偶然性，获得普遍性的结论。 （2）平衡螺母的调节 在实验前要调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆水平平衡。挂钩码后，不能再调节平衡螺母。 不能调节 平衡螺母 调节平衡螺母 【交流反思 】 二、杠杆的平衡条件 乙 甲 l2 ∟ （3）弹簧测力计要沿竖直方向施加力。 l1 如图甲所示，弹簧测力计沿竖直方向施加力时，力臂l1=10cm，可以直接读出。 如图乙所示，弹簧测力计不沿竖直方向施力，力臂为l2， l2 ＜l1= 10cm，不能直接从杠杆上读出。 O O 二、杠杆的平衡条件 （4）如果杠杆静止时不水平，实验结论是否成立？简述理由。 实验结论仍然成立。 杠杆处于静止状态或匀速转动状态都叫杠杆平衡，力臂等于支点到力的作用线的距离。当杠杆在水平位置平衡时，力的方向与杠杆垂直，力臂可以从杠杆标尺刻度上直接读出来。如果杠杆静止时不水平，实验结论仍然成立，只是力臂不便于测量。 二、杠杆的平衡条件 演示实验——《探究杠杆的平衡条件》 二、杠杆的平衡条件 3. 杠杆的平衡条件 （1）杠杆的平衡条件 动力×动力臂＝阻力×阻力臂 公式表示： 即：动力和阻力之比等于阻力臂和动力臂之比（或阻力和动力之比等于动力臂和阻力臂之比）。 这就是阿基米德发现的杠杆原理。 F1 L1=F2 L2 或变形式: 二、杠杆的平衡条件 （2）注意 ①应用公式F1 L1=F2 L2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）。 ②杠杆是否平衡，取决于力和力臂的乘积（即力矩）；若力和力臂的乘积相等就平衡；否则沿着乘积大的那端转动。 力矩是描述力对物体产生的转动效果的物理量。把力和力臂的乘积叫作力矩。 二、杠杆的平衡条件 【例题5】在“探究杠杆平衡的条件”实验中， （1）如图（a）所示，杠杆静止，这时应该调节右端的___________向_____（选填“左”或“右”）移动，使杠杆在水平位置平衡，以便能直接从杠杆上读出__________ 的数值； （2）如图（b）所示，挂上钩码后，杠杆静止，这时可以将杠杆右侧的钩码向_____ 移动（选填“左”或“右”），使杠杆再次水平平衡； 平衡螺母 力臂　 右 左 二、杠杆的平衡条件 （3）如图（c）所示，在C点悬挂两个钩码，若在B点施加1牛的拉力，也能使杠杆处于水平平衡，则每个钩码的重力为_________ N（选填“0.5”、“1”或“2”）。 1或0.5 【解析】 （1）在调节杠杆时，应移动其两端的平衡螺母，由图（a）可知，杠杆的右端较高，平衡螺母应向右端移动使杠杆在水平位置平衡，便于直接从杠杆上读出力臂的数值。 （2）如图（b）所示，挂上钩码后，杠杆静止，杠杆的右边较低，可以将杠杆右侧的钩码向左边移动，使杠杆再次水平平衡。 （3）如图（c）所示，在C点悬挂两个钩码，在B点施加1牛的拉力，也能杠杆处于水平平衡，设一钩码重为G，杠杆一格为L，根据杠杆平衡条件可知2G×L=1N×2L 解得G=1N 即每个钩码的重力为1N。此种情况默认在B点的拉力是竖直向上的，若在B点施加与杠杆夹角30°的斜向上的力，此时的拉力力臂为L，则有2G'×L=1N×L 解得G'=0.5N 因题干中未说明拉力方向，故若在B点施加1牛的拉力，也能使杠杆处于水平平衡，则每个钩码的重力可能为1N或0.5N。 二、杠杆的平衡条件 二、杠杆的平衡条件 【例题6】小明用如图所示装置探究杠杆平衡条件，实验中杠杆始终保持水平平衡。此时弹簧测力计处于竖直方向，他发现弹簧测力计示数稍稍超过量程。为了完成实验，下列方案可行的是（ ） A．钩码的数量适当增加 B．钩码的位置适当左移 C．弹簧测力计转到图中虚线位置 D．弹簧测力计位置适当向左平移 D　 【解析】A．钩码的数量适当增加，阻力增大，阻力臂、动力臂不变，根据杠杆平衡的条件可知，动力增大，即弹簧测力计示数增大，不可行，故A不符合题意； B．钩码的位置适当左移，阻力臂增大，阻力、动力臂不变，根据杠杆平衡的条件知，动力增大，即弹簧测力计示数增大，不可行，故B不符题意； C．弹簧测力计转到图中虚线位置，动力臂减小，阻力臂、阻力不变，根据杠杆平衡的条件可知，动力增大，即弹簧测力计示数增大，不可行，故C不符合题意； D．弹簧测力计位置适当向左平移，动力臂增大，阻力臂、阻力不变，根据杠杆平衡的条件可知，动力减小，即弹簧测力计示数减小，可行，故D符合题意。故选D。 二、杠杆的平衡条件 三、杠杆的应用 【例题7】如图所示，体重约 600 N 的同学在水平地面上做俯卧撑，A 点为其重心。试计算该同学处于图示静止状态时，地面对他双手作用力的大小。 三、杠杆的应用 【解析】根据题意，可将该同学看作为一个绕脚与地面接触点转动的平衡杠杆，如图 所示。将人受到的重力看作阻力 F2=G=600 N，阻力臂 l2=1.2m；地面对手的作用力可看作动力F1，动力臂 l1=0.3m+1.2m=1.5m。 由杠杆的平衡条件可知：F1l1=F2l2 则地面对手的作用力 三、课堂总结 第1节 杠杆（第1课时） 课堂总结（1） 一根在力的作用下绕固定点转动的硬棒. ①支点：杠杆可以绕其转动的点O. ②动力：促使杠杆转动的力F1 （人施加的力）. ③阻力：阻碍杠杆转动的力F2 （物体施加的力）. ④动力臂：从支点到动力作用线的距离l1. ⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离l2. ①平衡状态：如果杠杆静止不动或绕支点匀速转动. ②平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂 F1l1＝F2l2　 五要素 杠杆平衡 杠杆定义 杠杆 41 课堂总结（2） 42 四、课堂练习 第1节 杠杆（第1课时） 1. 如图所示是用撬棒撬石头的情景，下列关于该撬棒使用时的杠杆示意图正确的是（ ） A 课堂练习 A B C D 【解析】A．该图正确表示了支点O，动力F1和阻力F2的方向均竖直向下，动力臂l1和阻力臂l2分别是从支点到动力作用线和阻力作用线的垂直距离，故A正确； 课堂练习 B．阻力F2是石头对杠杆的力，方向应竖直向下，图中F2方向向上，故B错误； C．动力臂l1和阻力臂l2应为从支点到力的作用线的垂直距离，图中画的不是垂直距离，故C错误； D．动力臂l1和阻力臂l2应为从支点到力的作用线的垂直距离，而不是沿杠杆的长度，故D错误。 故选A。 2. 如图所示，作用在A点上的4个力中，力臂最长的是（　　） A．F1 B．F2 C．F3 D．F4 【解析】在杠杆中，力臂是指从支点到力的作用线的垂直距离。由图可知，F2与杠杆垂直，其力臂等于OA的长，F1、F3与杠杆不垂直，力臂小于OA的长，F4的作用线过支点，力臂为零，故F2的力臂最长。故选B。 B 课堂练习 3. 如图所示为等刻度的轻质杠杆，在A处挂一个重为4牛的物体，若要使杠杆在水平位置平衡，则在B处施加的力（　　） A．可能是1N B．一定是2N C．一定是4N D．可能是4N 【解析】设杠杆一格长为L，当力作用在B点使杠杆平衡时，在B处施加竖直向下的力，由杠杆平衡条件得到G×2L=F×4L 此时B处施加的力的大小为F= G /2 =4N /2=2N 阻力和阻力臂不变，当作用在B点的力没有竖直向下时，力臂变短，力变大，由杠杆平衡条件得，作用在B点的力大于2N，则力作用在B点使杠杆平衡，FB≥2N，故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。 D 课堂练习 4. 如图所示，剪刀使用时可以视为杠杆，支点为O。 （1）小明在剪较厚的纸时，手在A点向下用力为F1，在图中画出F1对应的力臂L1，以及B点所受阻力F2； （2）小明发现随着纸被剪开，阻力作用点会移至C点，在此过程中，F1的大小_________。 A．变大 B．不变 C．变小 见解析 课堂练习 A 【解析】（1）由图可见，当用力F1时，剪刀将沿顺时针方向转动，所以B点所受阻力F2的方向应为向下，力臂是从支点到力的作用线的垂直距离，过O点作力F1作用线的垂线段，即为F1对应的力臂L1，如图所示： （2）随着纸被剪开，阻力作用点会由B点移至C点，此时阻力臂变大，根据杠杆的平衡条件F1L1= F2L2可知，动力F1的大小将变大。故A符合题意，BC不符合题意。 故选A。 课堂练习 5．如图所示是一款轻质悬挂式晾衣杆，OA为晾衣杆，AB为悬线，已知悬线能承受的最大拉力为20N，在悬线拉力F1作用下，晾衣杆保持水平平衡。已知OA=1m，OC=0.5m，在C点悬挂衣物的质量为2kg，求： （1）悬线拉力F1的大小； （2）若想将悬挂衣服的位置移至A点，请通过计算判断是否可行。 课堂练习 【解析】 （1）作出拉力F1的力臂如下图所示，拉力的力臂为 在C点悬挂衣物的重力为G=mg=2kg×9.8N/kg=19.6N 根据杠杆平衡条件可得F1l1=Glc 带入数据为F1×0.5m=19.6N×0.5m 解得F1=19.6N （2）若将悬挂衣服的位置移至A点， 根据杠杆平衡可得F1' l1=GlA' 带入数据可得F1'×0.5m=19.6N×1m 解得F1'=39.2N，已知悬线能承受的最大拉力为19.6N，因此不可行。 课堂练习 6. 在“探究杠杆的平衡条件”实验中， （1）实验前，杠杆静止在如图所示的位置，此时杠杆______平衡状态（选填“处于”或“不处于”）。为了方便实验，应使杠杆在______位置平衡，其目的是为了_________________ 。 直接读出力臂大小 只进行了一次实验，实验结论具有偶然性 课堂练习 动力F1 （N） 动力臂l1 (cm) 阻力F2 （N） 阻力臂l2 (cm) 4 5 5 4 处于 水平 （2）小宝同学猜想杠杆平衡条件可能是“动力+动力臂=阻力+阻力臂”。经过实验，得到表中数据。分析表中数据，可知小宝的猜想是正确的，即杠杆的平衡条件是：动力+动力臂=阻力+阻力臂。你认为小宝的实验存在的问题是____________ 。 【解析】（1）杠杆的平衡状态包括静止状态或匀速转动状态，实验前，杠杆静止，所以此时杠杆处于平衡状态。 实验时钩码提供的重力方向竖直向下，当杠杆水平位置平衡时，杠杆与重力方向垂直，此时力臂刚好等于杠杆上对应的长度，力臂可以直接读出，故当杠杆水平位置平衡时，便于直接读出力臂的大小。 （2）表3数据中，只有一组数据，即只进行了一次实验，则实验结论不准确，具有偶然性。 课堂练习 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $