第1节 杠杆（第2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2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130MB. 视频资源 清单 ①视频讲解—《区分省力杠杆、费力杠杆与等臂杠杆》 ②视频欣赏—《杆秤》 ③视频欣赏—《会爬行的中国空间站机械臂》 ④课堂总结—《杠杆的分类》 第1节 杠杆（第2课时） 导入新课 中国空间站机械臂是省力还是费力的呢？ 2022年1月，我国首次利用空间站机械臂，操作大型在轨飞行器进行转位试验，取得圆满成功。图是中国首款具有 7个关节的机械臂，它在进行某些工作时，可看作是绕相应关节转动的杠杆。 第1节 杠杆（第2课时） 中国空间站机械臂 杠杆的应用 01 课堂总结 02 课堂练习 03 目录 第1节 杠杆（第2课时） 三、杠杆的应用 第1节 杠杆（第2课时） 三、杠杆的应用 1. 生活中的三类杠杆 【想一想】如图甲所示，是利用撬棒撬石头时的情景，如图乙所示，是使用钓鱼竿钓起鱼时的情景。 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？ 甲 乙 O F1 F2 l2 l1 三、杠杆的应用 如图所示，左边女孩对杠杆的动力为F1，动力臂为l1；右边男孩对杠杆的阻力为F2，阻力臂为l2。 根据杠杆的平衡条件：F1 l1=F2 l2 ①若l1＞l2，则F1 F2 省力杠杆 等臂杠杆 费力杠杆 ＜ 提示：判断杠杆的类型，实际就是比较动力臂和阻力臂的大小。 ③若l1＜l2，则F1 F2 ②若l1 = l2，则F1 F2 ＞ ＝ 三、杠杆的应用 2. 省力杠杆 （1）省力杠杆的特点 ：动力臂 l1大于阻力臂l2，省力费距离。使用省力杠杆时，动力作用点移动的距离AAʹ大于阻力作用点阻力移动的距离BBʹ ，即费距离。 F1 F2 l1 l2 三、杠杆的应用 （2）省力杠杆的实例分析 如图甲所示是钢丝钳，可以看做是两个杠杆的组合。其中O是支点，A点是动力的作用点，B点是阻力作用点。 因为动力臂l1大于阻力臂l2，所以是省力杠杆。 三、杠杆的应用 （3）生活中的一些省力杠杆 这类杠杆的共同特点是动力臂l1大于阻力臂l2，所以使用时都是省力杠杆。 裁纸刀 羊角锤 独轮车 三、杠杆的应用 3. 费力杠杆 乙 丙 如甲图所示，赛艇的船桨也是一种杠杆，乙图是船桨的杠杆模型。划船时船桨绕着O点转动，所以O点即为支点；手的作用力F1为动力，作用点为A点；水对船桨的力F2为阻力，作用点为B点。 因为动力臂l1小于阻力臂l2，所以是费力杠杆，但划船时手只要移动较小的距离就能使桨在水中移动较大的距离。 甲 O A B 三、杠杆的应用 （1）费力杠杆的特点 动力臂l1小于阻力臂l2，动力F1大于阻力F2；使用时，动力作用点移动的距离小于阻力作用点阻力移动的距离，即省距离。 手移动较 小的距离 桨移动较大的距离 三、杠杆的应用 （2）费力杠杆的实例分析 筷子可以看做是两个杠杆的组合。在使用筷子时，筷子绕着C点转动，所以C点即为支点；手的作用力F1为动力，其方向与筷子垂直，作用点为B点；物体对筷子的力F2为阻力，作用在A点；因为动力臂l1小于阻力臂l2，所以是费力杠杆。 三、杠杆的应用 （3）生活中的一些费力杠杆 这类杠杆的共同特点是动力臂l1小于阻力臂l2，所以使用时都是费力杠杆。 扫把 镊子 起重机举起重物 O F1 F2 三、杠杆的应用 4. 等臂杠杆 （1）等臂杠杆的特点 动力臂l1等于阻力臂l2，动力F1等于阻力F2 ，不省力也不费力，不省距离也不费距离。使用时，动力作用点移动的距离等于作用点阻力移动的距离。 三、杠杆的应用 （2）生活中的一些等臂杠杆 这类杠杆的共同特点是动力臂l1等于阻力臂l2，所以使用时动力与阻力相等，动力与阻力移动的距离也相等。 跷跷板 定滑轮 托盘天平 三、杠杆的应用 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 5. 总结——杠杆的分类 三、杠杆的应用 视频讲解——《区分省力杠杆、费力杠杆与等臂杠杆》 三、杠杆的应用 （1）图是在长沙附近左家公山楚墓中发现的衡器，包括木衡杆、青铜盘和青铜环权。木衡杆中间以提纽作为支点，两端各以四根细丝线悬吊铜盘将被测物和铜环权分别置于木衡杆两端的铜盘中，就可以称量物体的质量。 6. 我国古人对杠杆的研究和应用 利用杠杆原理所制作的各种衡器是中国古代人民智慧的结晶。 木衡杆和铜盘相当于我们实验时使用的天平，而铜环权则相当于砝码。 三、杠杆的应用 （2）杆秤是中国人民在衡器技术上的重大发明之一。衡器是通过铜环权的质量来反映被称量物体的质量，杆秤是通过杆上的刻度线所标数值来反映被称量物体的质量。 与木衡杆、铜盘和铜环权相比较，杆秤更为先进。杆秤的秤砣质量是一定的，利用的是改变秤砣对杆秤拉力的力臂来反映所测物体的质量，是不等臂杠杆的工作特点，所测物体的质量可以连续变化。 三、杠杆的应用 想一想：图所示是有两个提纽的杆秤，根据杠杆的平衡条件，若要测量质量较大的物体，应该选用提纽1，试简述理由。 使用提纽1测量时，被测物体对杆秤的拉力的力臂更短，秤砣对杆秤的拉力不变，秤砣拉力的力臂的最大值更长，由杠杆平衡条件可知，物体对杆秤的拉力可以更大，即可测质量更大的物体。 F砣l1=F物 l2，当l1越长时，F物越大。 三、杠杆的应用 视频欣赏——《杆秤》 三、杠杆的应用 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？ 7. 生活中的剪刀 根据杠杆的平衡条件 F1l1=F2l2 人所用的力：F1 = F2 当阻力不变时，被剪物体离支点越近，即阻力臂L2越小，人的作用点离支点越远，则动力F1越小（即越省力）。 （a）裁衣的剪刀 （b）理发的剪刀 （c）剪铁皮的剪刀 （d）修枝的剪刀 三、杠杆的应用 栽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。 剪铁皮的剪刀，其动力臂比阻力臂长，是省力杠杆，只要用较小的力，就能把坚硬的金属片剪开。 三、杠杆的应用 园艺师使用的剪刀有很多种，如修整冬青树的势刀、剪花枝的剪刀等，它们各有特点。请你调查一下，园艺师使用了哪些剪刀?它们各有什么特点?为什么这样设计? 粗枝剪 能剪切0-4cm的粗枝，类似老虎钳子。实际上是个省力杠杆。 园艺大剪刀 刀刃比平常剪刀的刀刃长得多，完成一次剪裁动作可以裁剪较多的枝叶。 三、杠杆的应用 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。当你做抬腿、伸臂、点头、叩齿等动作时，你就用到了身上各种各样的杠杆。 8. 从人体中的杠杆到空间站的机械臂 （1）前臂骨骼 例如，当手握哑铃向上运动时，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。 三、杠杆的应用 根据杠杆的平衡条件F1 L1=F2 L2 可得 FL1=GL2 因为 l1＜l2，所以 F＞G，前臂骨骼实质是一个费力杠杆。 上臂肌肉的拉力 物体的重力 三、杠杆的应用 人的头部A、颈椎和颈部肌肉B，可当成一个杠杆（支点在颈椎O处），颈部肌肉活动较少距离，头部就能运动较长距离。当头颅为竖直状态时，颈部肌肉的B处提供的拉力为零（如图甲），当头颅低下时，颈部肌肉会主动提供一定的拉力F1，使头颈部保持平衡，F1方向如图乙所示。过支点分别作动力作用线和阻力作用线的垂线段，即动力臂和阻力臂，可以发现动力臂小于阻力臂，因此颈部杠杆为费力杠杆。 （2）头部、颈椎和颈部肌肉可当成一个杠杆 三、杠杆的应用 人将双脚踮起时，腿脚部可当成一个杠杆模型，F是小腿部肌肉群产生的动力，B点是重心，O点为支点。 （3）腿脚部可当成一个杠杆模型 三、杠杆的应用 做俯卧撑时，人体可看成一个杠杆，如图所示，A为重心，O为支点（脚尖），动力的作用点是手与地面的接触点。 （4）做俯卧撑时，人体可看成一个杠杆 三、杠杆的应用 2022年1月，我国首次利用空间站机械臂，操作大型在轨飞行器进行转位试验，取得圆满成功。机械臂在空间站的组装和建造、辅助航天员维护和维修等工作中起着重要的作用。 图是中国首款具有 7个关节的机械臂，它在进行某些工作时，可看作是绕相应关节转动的杠杆。 中国空间站机械臂 三、杠杆的应用 视频欣赏——《会爬行的中国空间站机械臂演示》 三、杠杆的应用 【解析】由题图可知，该拔草器可看作一个杠杆，拔草器拐角处是支点，草对拔草器的压力为阻力，人手对拔草器的力为动力。根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2可知，阻力和阻力臂一定，当动力臂最大时，动力最小，当人手垂直于右侧直杆用力时动力臂最大，动力最小。故手施力最小的是图（a）。 【例题1】图中是某同学自制的轻质拔草器。将拔草器左下端的叉子插入植株根部，用手对拔草器施力，可将植株连根拔起。若拔同一植株，手施力最小的是哪幅图对应的操作？请说明理由。 三、杠杆的应用 【例题2】2025年11月1日3时22分，神舟二十一号载人飞船成功对接于空间站天和核心舱前向端口。空间站中的航天员可以在机械臂（如图）的辅助下进行舱外检修工作，机械臂（如图）类似人的手臂，可以省距离。下列工具正常使用时，与机械臂属于同一类杠杆的是（　　） A． 用钢丝钳剪铁丝 B． 用羊角锤拔钉子 C． 用开瓶器开瓶盖 D． 用筷子夹食物 D 三、杠杆的应用 【解析】机械臂在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆。钢丝钳、羊角锤、开瓶器在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。 三、杠杆的应用 【例题3】用一根钢棒撬动地面上的一块大石头，两种撬动方法如下图所示；下列说法正确的是（　　） A．使用图甲的方法更省力 B．图甲中，动力臂是AB C．使用图乙的方法时，钢棒为费力杠杆 D．图乙中，动力臂是AD D 三、杠杆的应用 甲 F2 F2 【解析】ABD．如图所示： 图甲中B点是杠杆的支点，动力臂是BE，而不是AB；阻力臂是BC . 图乙中D点是杠杆支点，动力臂是AD，阻力臂是CD. 根据杠杆平衡条件F1 L1=F2 L2 可知，因为乙图中动力臂大于甲图中的动力臂，所以使用图乙中的杠杆更省力，故AB错误，D正确； C．如图乙所示，杠杆动力臂大于阻力臂，所以图乙中的杠杆是省力杠杆，故C错误。故选D。 三、杠杆的应用 【例题4】《墨经》中记述了墨家对杆秤的研究。“权”“重”分别代表秤砣与重物，“标”“本”分别对应杆秤（杠杆）的动力臂和阻力臂。通过调节“权”“重”的悬挂位置，使秤杆在如图所示的水平位置静止。 （1）图中秤砣与重物的质量大小关系是什么？ （2）保持秤杆不变，要增大杆秤的最大称量值，请写出两种改进措施。 （3）若在秤砣与重物上同时各增加一个重为G的钩码，秤杆能否在水平位置保持静止？请结合所学原理简要解释。 【解析】（1）根据杠杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，即 m权g·L标=m重g·L本 化简得 m权·L标=m重·L本 由图可知L标>L本，因此m权<m重，所以秤砣的质量小于重物的质量或重物的质量大于秤砣的质量。 （2）最大称量值是指杠杆能平衡的最大重物质量，根据杠杆平衡条件 可通过以下方式增大m重；将秤砣向远离提纽的方向移动，延长“标”的长度；将重物向靠近提纽的方向移动，缩短“本”的长度。 （3）若在秤砣与重物上同时各增加一个重为G的钩码，秤杆不能在水平位置保持静止。因为在秤杆水平平衡时，满足“权×标=重×本”，此时“标>本”；当在秤砣与重物上同时各增加一个重为G的钩码后，两侧的力与力臂乘积关系为：（权＋G）×标>（重＋G）×本。所以不能在水平位置保持静止。 三、杠杆的应用 四、课堂总结 第1节 杠杆（第2课时） 课堂总结（1） 杠杆的分类与应用 杠杆分类 力臂关系 力的大小 关系 省费距离 情况 应用实例 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 羊角锤、钳子、独轮车、撬棒等 筷子、镊子、扫把、钓鱼竿等 托盘天平、 定滑轮等 41 课堂总结（2） 42 五、课堂练习 第1节 杠杆（第2课时） 课堂练习 1. 如图所示的工具中，使用时属于费力杠杆的是（　　） A. 瓶盖起子 B. 食品夹 C. 起钉锤 D. 核桃夹 B 【解析】A．支点在起子与瓶盖中间接触处，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆； B．支点在夹子两壁连接处，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆； C．支点是锤子与地面的接触点，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆； D．支点在夹子两壁连接处，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆。所以选B. 课堂练习 2. 如图所示为赛艇比赛时的情景，此时船桨可看作一个杠杆，F1为动力，F2为阻力，则下列选项中船桨模型合理的是（　　） D 【解析】如题图所示，船桨与船的接触点为支点O，手与桨上端的接触点为动力作用点，水与桨下端接触点为阻力作用点，手给桨一个向下的作用力，桨抬起，水给桨下端一个阻力，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。 3. 如图所示，小明和家人在自家果园栽种树苗，小明用铁锹铲起来一铲泥土，A点为泥土的重心，手对B点的力始终沿竖直方向，已知泥土的重力为20N，BC:AC=1:2，铁锹的重力忽略不计。下列说法正确的是（　　） A．铲起泥土时，以C点为支点，铁锹是一个省力杠杆 B．手对B点的力的力臂是BC C．手对B点的力大小为40N D．将B点的手向C点移动，该手 对铁锹的力会变小 C 课堂练习 【解析】 A．铲起泥土时，以C点为支点，泥土对铁锹的压力等于泥土的重力，作用在A点，手对B点的力是动力，由图可知，动力臂小于阻力臂。所以铁锹是费力杠杆，故A错误； B．力臂是支点到力的作用线的垂直距离，手对B点的力沿竖直方向，则支点C到该力作用线的垂直距离才是动力臂，并非BC，故B错误； C．由题意可知，动力臂L1与阻力臂L2之比为 据杠杆平衡条件F1L1= F2L2可知手对B点的力， 即动力大小为 故C正确； D．将B点的手向C点移动，动力臂L1会变小（因为支点C到力的作用线的垂直距离缩短）。阻力F2和阻力臂L2不变，根据杠杆平衡条件F1L1= F2L2，动力臂L1变小，动力F1会变大，即手对铁锹的力会变大，故D错误。 故选C。 课堂练习 4．杆秤是中国最古老的称量工具。如图甲所示，当不挂秤砣时，在O点提起提纽，杆秤水平平衡。用秤钩悬挂100g物体，秤砣移到B点时，杆秤再次水平平衡，如图乙所示。忽略杆秤及秤钩重力，下列说法正确的是（　　） 课堂练习 A．杆秤是利用二力平衡原理进行称量的 B．若OB=5OA，则“秤砣”的质量为20g C．若秤钩再加挂20g物体，秤砣向左移动可使杆秤再次水平平衡 D．如果“秤砣”磨损，则测量值比真实值偏小 B 【解析】 A．杆秤是利用杠杆的平衡条件进行称量的，故A错误； B．因为忽略杆秤及秤钩重力，根据杠杆平衡条件可得 即 解得 “秤砣”的质量为 故B正确； C．秤钩再加挂20g物体，左侧的拉力和力臂的乘积变大，根据杠杆平衡条件可知，要使杠杆再次水平平衡，则右侧“秤砣”施加的拉力与力臂乘积也需变大，而“秤砣”施加的拉力不变，故需增大力臂，“秤砣”向右移动，故C错误； D．根据杠杆平衡条件得到 在被测量的物体质量不变时，若“秤砣”磨损了，“秤砣”的质量变小，则OB变大，则测量结果将偏大，故D错误。 故选B。 课堂练习 课堂练习 【解析】桡骨在肱二头肌的收缩牵引下绕肘关节转动，该杠杆以肘关节为支点，肱二头肌对桡骨的拉力为动力，物体对手的压力为阻力，由图可知，动力臂小于阻力臂，则这是费力杠杆。 费力杠杆省距离，则此过程中肱二头肌收缩的距离小于手移动的距离。 5. 人体中有很多结构可简化为杠杆。如图，手提起物体时，桡骨在肱二头肌的收缩牵引下绕肘关节转动，这是一种_____ 杠杆，此过程中肱二头肌收缩的距离_____ （填“大于”“等于”或“小于”）手移动的距离。 小于 费力 6. 如图是使用手机和自拍杆拍照时的示意图，自拍杆可以看作是一个 （选填“省力”或“费力”）杠杆（O为支点）。已知自拍杆长1m（质量忽略不计），手机对杆竖直向下的作用力F2=3N；图中L1=10cm，L2=80cm，则手垂直于杆的动力F1= N。 变大 课堂练习 费力 若仅将动力F1的方向变为水平向左，则动力F1将 。拍摄需要伸长自拍杆时，若保持F1的作用点、方向及支点位置不变，则F1大小将 。（后两空均填“变大”“变小”或“不变”） 24 变大 【解析】 O为自拍杆的支点，动力为手托举的力，阻力为手机的重力，则因手机比手离支点远，则阻力臂大于动力臂，因而是费力杠杆。 由图可知，杠杆的动力为F1，动力臂为L1，阻力为F2，阻力臂为L2，由杠杆的平衡条件方程F1 L1= F2 L2 F1×10cm =3N×80cm 解得F1=24N 课堂练习 若将动力F1的方向变为水平向左，则动力臂为支点到F1的作用线的垂线，动力臂将变小。由于阻力F2、阻力臂L2都不变，根据杠杆的平衡条件，动力F1将变大。若伸长自拍杆，即阻力臂L2变大，又因F1的作用点、方向及支点位置不变，则动力臂L1不变，再加上阻力F2不变，根据杠杆的平衡条件可知，动力F1将变大。  Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.27.100 $