一、杠杆（培优教学课件）物理新教材苏科版九年级上册

该初中物理课件聚焦杠杆的定义、五要素、平衡条件及应用，以阿基米德名言导入，通过拔图钉、观察跷跷板等活动抽象杠杆模型，逐步建立支点、力臂等概念，再经实验探究平衡条件，最终联系生活实例深化理解。 其亮点在于以科学探究为核心，设计调节杠杆平衡、多组数据记录的实验活动，结合模型建构将实物抽象为杠杆，融入人体杠杆、机械臂等生活案例，通过例题解析和蜡烛跷跷板小制作，提升学生物理观念与科学思维，助力教师开展结构化教学，激发学生学习兴趣。

一、杠杆 第十一章 简单机械和功 人教版八年级上册 导入新课 “给我一个支点，我就能撬起整个地球”，出自古希腊物理学家阿基米德说的话。讲述的是杠杆原理。大致意思是“只要给我一次机会，我就能创造奇迹” 阿基米德为何能有如此气魄？一根硬棒真的有那么大的力量吗？ 学习目标 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度 与责任 1.知道什么是杠杆，能从常见的工具中辨认出杠杆。 2.熟悉杠杆的五要素，能在杠杆上正确标识。 3.理解力臂的概念，会画杠杆的动力臂和阻力臂。 4.探究并了解杠杆的平衡条件，知道杠杆原理的应用。 从生活相关现象入手，逐步建构杠杆的模型；分解提炼杠杆的五要素，与数学知识结合，尝试画力臂；在实验的基础上，探究杠杆的平衡条件，并运用杠杆的平衡条件尝试解决生活问题。 在关于杠杆平衡条件的科学探究中，能制订初步的实验方案；会通过实验自主探究，通过对数据的比较与分析，得出实验结论。 通过了解杠杆在生活中的实际应用，提高学习物理的兴趣，体会物理来源于生活、服务于生活的理念。 重点难点 重点 难点 1. 杠杆的定义及五要素的识别。 2. 力臂的概念理解及力臂的画法。 3.通过实验探究总结归纳出杠杆的平衡条件。 1. 将生活中的实物抽象成杠杆模型 2. 力臂概念的建立——理解力臂是“支点到力的作用线的垂直距离”。 3. 用杠杆的平衡条件解决简单的问题。 学习内容 1. 什么是杠杆 2. 杠杆的平衡条件 3. 杠杆原理的应用 4. 课堂小结 5. 练习与应用 6. 提升训练 一、 什么是杠杆 杠杆 一、什么是杠杆 活动1 拔图钉 做一做 木板上钉了一枚图钉，你能直接用手把它拔出来吗?请从图中选择合适的工具把图钉拔出来。 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? 一、什么是杠杆 观察图中的跷跷板、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? 硬棒；在力的作用下；绕固定点转动 一、什么是杠杆 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 “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。 筷子 核桃夹 一、什么是杠杆 杠杆的五要素 支点O：杠杆绕着转动的点 动力F1：使杠杆转动的力 动力臂l1：从支点到动力作用线的距离 阻力臂l2：从支点到阻力作用线的距离 阻力F2：阻碍杠杆转动的力 力的作用线：力所在的直线 一、什么是杠杆 试着画出各力的力臂 O F2 F1 O F1 F2 l2 l1 l1 l2 一、什么是杠杆 试着画出各力的力臂 O F1 F2 O F1 F2 l1 l2 l1 l2 一、什么是杠杆 力臂作图步骤 （1）确定支点； （2）画力的作用线（过F1、F2的直线）； （3）从支点向力的作用线作垂线，垂足在力的作用线上； （4）标出力臂。可简记为“一找点，二画线，三作垂线段，四标力臂”。 【例1】如图所示的跷跷板、羊角锤、开瓶器，都是杠杆。结合这些实例，分析下列有关杠杆的描述，正确的是（     ） A．杠杆一定是直的硬棒 B．动力和阻力一定位于支点两侧 C．杠杆不一定有支点 D．杠杆受到的动力和阻力方向可能是相同的 D 一、什么是杠杆 【例2】关于杠杆和力臂，下列说法中正确的是（　　） A．力臂是支点到力的作用点的距离 B．杠杆的形状可以是任意的 C．力臂总在杠杆上 D．以上说法均不正确 B 一、什么是杠杆 【解析】A．力臂是支点到力的作用线的垂直距离，并非支点到力的作用点的距离，故A错误； BD．杠杆是能绕固定支点转动的硬棒，硬棒的形状可以是任意的，故B正确，D错误。 C．当力的作用线不与杠杆垂直时，力臂是支点到力的作用线的垂直距离，此时力臂不在杠杆上，故C错误。 故选B。 【例3】请在图中作出杠杆阻力F2的示意图，并画出动力F1的力臂l1。 一、什么是杠杆 二、杠杆的平衡条件 杠杆 二、杠杆的平衡条件 当杠杆在动力和阻力的作用下保持静止或匀速转动，我们就说杠杆处于平衡状态。那么，杠杆平衡时，动力、动力臂、阻力、阻力臂之间存在着怎样的关系呢？今天我们就来探究这个问题。 二、杠杆的平衡条件 学生实验 探究杠杆的平衡条件 实验与记录 1.安装杠杆，调节两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡。 消除杠杆自身重力对实验的影响； 保证力臂沿杠杆，便于测量。　 二、杠杆的平衡条件 学生实验 探究杠杆的平衡条件 实验与记录 2.如图所示，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12。当杠杆在水平位置平衡时，测量F1、l1、F2、12的大小，并将数据记录在下表中。 二、杠杆的平衡条件 学生实验 探究杠杆的平衡条件 实验与记录 实验序号 1 2 3 4 5 6 动力F1/N 阻力F2/N 动力臂l1/cm 阻力臂l2/cm 二、杠杆的平衡条件 学生实验 探究杠杆的平衡条件 实验与记录 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。 交流与小结 分析表中数据，找出它们之间的关系。你有什么发现? 二、杠杆的平衡条件 学生实验 探究杠杆的平衡条件 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 F1l1=F2l2 这就是杠杆的平衡条件，也称杠杆原理，是由古希腊学者阿基米德总结出来的。 二、杠杆的平衡条件 “给我一个支点，我就能撬起整个地球”理论上能实现吗？ 根据杠杆原理动力×动力臂=阻力×阻力臂可知，只要动力臂足够长，理论上很小的力就能撬动很大的物体。 二、杠杆的平衡条件 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。 图11-6战国时期的天平和砝码 图11-7《墨经》中秤的原理示意 二、杠杆的平衡条件 明代科学家宋应星在《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）。 图11-8 碓 图11-9 桔槔 【例4】探究“杠杆的平衡条件”。 (1)杠杆保持静止如图甲所示，杠杆处于______状态（选填“平衡”或“非平衡”）；要使它在水平位置平衡，应将平衡螺母向_____调节，这样做的好处是便于测量________。 (2)调平后进行图乙实验，在B处挂6个钩码，应在A点挂______个钩码，使杠杆水平平衡。 (3)在A点位置，用弹簧测力计代替钩码，使杠杆在水平位置平衡，如图丙。先用弹簧测力计竖直向下拉，再倾斜拉时，弹簧测力计示数将______（填“增大”、“减小”或“不变”）。 平衡 二、杠杆的平衡条件 右 力臂 4 增大 【例5】某小组的同学在做“探究杠杆的平衡条件”实验中， (1)杠杆静止在如图甲所示位置，此时杠杆________（填“平衡”或“不平衡”）；为了使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向________（填“左”或“右”）调节，这样做的目的是便于测量________； (2)同学们接下来又分别改变支点两侧钩码的个数，是为了改变________，通过移动钩码悬挂的位置，使杠杆在水平位置平衡。经多次实验，得到下面表格中的数据，由实验数据得到的结论是________________（用公式表示）； 平衡 二、杠杆的平衡条件 右 力臂 动力和阻力的大小 实验次序 1 2 3 动力F1/N 1 2 2 动力臂l1/cm 10.0 10.0 15.0 阻力F2/N 2 1 3 阻力臂l2/cm 5.0 20.0 10.0 F1l1=F2l2 (3)实验结束后，老师让同学们做图乙所示实验，来体验力和力臂的大小关系。在杠杆保持平衡时，弹簧测力计沿A方向的拉力比沿B方向的拉力________，因为沿A方向的力臂要比沿B方向的力臂________（两空填“大”或“小”）； (4)如果同学们又进行了如图丙所示的探究，考虑杠杆自身重力的影响，发现用弹簧测力计在C点竖直向上拉使杠杆仍然处于水平位置平衡时，则弹簧测力计的示数应________（填“大于”、“等于”或“小于”）3 N（每个钩码0.5 N）。 小 二、杠杆的平衡条件 大 大于 三、杠杆原理的应用 杠杆 三、杠杆原理的应用 杠杆的分类 1 省力杠杆 【特点】 动力臂大于阻力臂 动力小于阻力，省力但费距离 【实例】 起子 羊角锤 压水井手柄等 三、杠杆原理的应用 杠杆的分类 2 费力杠杆 【特点】 动力臂小于阻力臂 动力大于阻力，费力但省距离 【实例】 船桨等 笤帚 筷子 镊子 三、杠杆原理的应用 杠杆的分类 3 等臂杠杆 【特点】 动力臂等于阻力臂 动力等于阻力，既不费力也不省距离 【实例】 天平等 O F1 F2 l1 l2 【例6】中国组合周佳琪/邱秀萍，在女子轻量级双人组赛艇决赛中夺冠获得亚运会首金。如图赛艇的桨可视为杠杆。下列工具中正常使用时，与桨属于同类杠杆的是（     ） A．筷子 B．瓶起子 C．核桃夹 D．钢丝钳 B 三、杠杆原理的应用 【解析】A．力臂是支点到力的作用线的垂直距离，并非支点到力的作用点的距离，故A错误； BD．杠杆是能绕固定支点转动的硬棒，硬棒的形状可以是任意的，故B正确，D错误。 C．当力的作用线不与杠杆垂直时，力臂是支点到力的作用线的垂直距离，此时力臂不在杠杆上，故C错误。 故选B。 【例6】中国组合周佳琪/邱秀萍，在女子轻量级双人组赛艇决赛中夺冠获得亚运会首金。如图赛艇的桨可视为杠杆。下列工具中正常使用时，与桨属于同类杠杆的是（     ） A． 筷子 B． 瓶起子 C． 核桃夹 D． 钢丝钳 A 三、杠杆原理的应用 三、杠杆原理的应用 如图11-12所示，剪刀是生活中常见的工具，它们也都是杠杆。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剪下较长的布料。 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，可提高剪发的效率。 钣金工用的剪刀，其动力臂比阻力臂长，只要用较小的力，就能把坚硬的铁皮剪开。 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。 三、杠杆原理的应用 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O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200N。若不计槽钢和铁笼的质量，试估算大象的质量(g取10N/kg)。 分析 称象过程应用了杠杆原理。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。 图11-13用杠杆称象 图11-14称量原理示意 三、杠杆原理的应用 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处的拉力F=200N为动力，动力臂l1=9m；杠杆B处所受的拉力F2为阻力，阻力臂l2=7cm=0.07m。 根据杠杆原理F1l1=F2l2可得 大象的重力G与拉力F2大小相等，即G=F2，所以大象的质量 三、杠杆原理的应用 人体的运动系统主要是由骨、关节和骨骼肌组成的。尽管人体的各种运动相当复杂，但最基本的运动都是由骨绕关节转动产生的，其模型就是杠杆。例如，当手握哑铃向上运动时，上臂的肱二头肌收缩、肱三头肌伸展产生的力使前臂骨绕肘关节转动。因此，前臂骨可以看成杠杆，肘关节是支点，哑铃对手的作用力是阻力，上臂中的骨骼肌对前臂骨施加的力则是动力。 人体有600多块骨骼肌，它们在神经系统的调节下，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。 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。 【例7】生活中要用到各种各样的机械，其中天平是一种______（选填“省力”、“费力”或“等臂”）杠杆；如图所示杠杆，若动力F1和阻力F2都与杠杆垂直，且AB=5cm，BO=1cm，F1=25N，则F2=______N。 等臂 三、杠杆原理的应用 150 【解析】[1]天平的动力臂等于阻力臂，根据杠杆平衡条件可知，动力等于阻力，所以天平是一种等臂杠杆。 [2]由图可知 根据杠杆平衡条件可得， 四、课堂总结 杠杆 四、课堂总结 五、练习与应用 杠杆 五、练习与应用 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。 【解析】羊角锤、夹子在使用时动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆； 镊子在使用时动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆。 五、练习与应用 2.如图所示，在“探究杠杆的平衡条件”实验中，保持杠杆在水平位置平衡，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?试用杠杆平衡条件解释。 【解析】会改变，弹簧测力计在竖直方向时，力臂最大，改变弹簧测力计拉杠杆的方向，力臂变小，力变大。 五、练习与应用 3.小制作:蜡烛跷跷板。 在一段塑料管中间垂直插入一根大号缝衣针，将两支相同的蜡烛分别插入塑料管的两端，再把缝衣针的两端分别放在两个玻璃杯上，就做成了一个蜡烛跷跷板。如图所示，点燃蜡烛，你看到了什么现象?你能说明其中的道理吗? 【解析】点燃蜡烛，先点的一端燃烧(设为A端)，蜡液滴下，该端重力减少，跷跷板向另外一端(设为B端)倾斜。此时，A端朝上，B端朝下，朝下的一端会出现火焰烧烤蜡烛，加速蜡烛的熔化，而朝上的A端则不会，于是B端的蜡液快速熔化滴落，B端的重量快速减小，于是A端的重力又大于B端的重力，B端向下倾斜，蜡烛快速熔化，重力快速降低。如此往复，跷跷板就会来回自动翘个不停。此现象判断的依据是杠杆平衡原理。 六、提升训练 杠杆 1.阳泉人制作特色饸饹面时，使用的手动饸饹机手柄如图所示（支点O在转轴处，手压动力F1，面坯阻力F2）。关于该杠杆，下列说法正确的是（     ） A．属于费力杠杆，省距离 B．属于省力杠杆，动力臂大于阻力臂 C．属于等臂杠杆，既不费力也不省力 D．阻力是手柄的重力 六、提升训练 B 【解析】ABC．支点在转轴处，从图可看出：动力的动力臂大于面坯阻力的阻力臂，因此该杠杆是省力杠杆，故AC错误，B正确； D．由题意可知，阻力是面坯对饸饹机的阻碍力，不是手柄的重力，故D错误。 故选B。 2.如图所示，轻质杠杆OB可绕点O转动，在点悬挂重为30N的物体，在B点施加竖直向上的拉力F，OA:AB=1:1，杠杆在水平位置保持平衡，则拉力F=________N；保持拉力F的方向始终与OB垂直，将杠杆匀速提到虚线位置，拉力F大小将________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。 六、提升训练 15 【解析】拉力始终垂直于OB，所以动力臂OB保持不变；物体重力不变，杠杆抬起时，阻力臂（重力的力臂）逐渐变小。由杠杆平衡条件：阻力、动力臂不变，阻力臂变小，则动力F变小。 变小 3.图为L形直角挂衣架，OD段共有4个挂衣孔，固定螺钉与墙之间的最大力为300N。若只用一个挂衣孔，挂衣架最大能够承重__________N（挂衣架自重和形变不计）。 六、提升训练 300 【解析】固定螺钉处为支点，螺钉最大拉力是300N，每个挂衣孔间距相等，OD共4个挂衣孔，最内侧孔力臂最小，承重最大，根据杠杆平衡条件得到 则挂衣架最大能够承重 4.杆秤是我国传统的称量工具。如图所示，已知该杆秤的提纽为支点O，支点到挂钩A的距离为5cm，支点到秤砣悬挂点B的距离为25cm，秤砣质量为0.2kg。若不计秤杆自重，当秤杆水平平衡时，称量的物体质量为__________kg；称量过程中，若物体质量增加，为保持平衡，需将秤砣向__________（选填“远离”或“靠近”）支点的方向移动。 六、提升训练 1 远离 5.如图甲所示停车场常用闸杆来控制车辆出入。如图乙所示将闸杆看作一个质量分布均匀的杠杆，O为杠杆的支点。下列说法正确的是（     ） A．闸杆升起时，施加在A端的力F2为动力，此时闸杆是省力杠杆 B．闸杆升起时，动力沿F1方向比沿F2方向更小一些 C．闸杆升起的过程中，阻力臂保持不变 D．适当将支点O向B端靠近，可以减小升起闸杆的动力 六、提升训练 D 6.“节约用水，人人有责”。图甲是按压式水龙头，水龙头手柄可看作一个杠杆，向下按关水，其简化图如图乙所示。请你在图乙中画出阻力F2的阻力臂l2，并画出施加在A点的最小动力F1。 六、提升训练 7.如图所示，小聪和小红利用铁架台、杠杆、钩码和弹簧测力计探究杠杆的平衡条件。 (1)实验前，杠杆在如图甲所示的位置静止，此时杠杆处于________（填“平衡”或“非平衡”）状态；为了使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向________（填“左”或“右”）调节。 (2)杠杆在水平位置平衡后，小聪在杠杆两侧分别挂上若干钩码，杠杆再次静止在如图甲所示的位置（此时钩码及其位置未画出），接下来的具体操作是________，使杠杆再次静止在水平位置（如图乙所示），同时将实验数据记录在下表中。 六、提升训练 平衡 右 增加右侧钩码个数 (3)小聪分析数据后得出结论：杠杆平衡的条件是：动力×动力臂=阻力×阻力臂。小红认为小聪分析数据得出结论的过程不科学，理由是________。 (4)下列四个因素中，不会带来实验误差的是________（选填字母）。 A．铁架台自身重力足够大 B．单个钩码的重力不完全相等 C．悬挂钩码的绳子重力偏大 D．杠杆与转轴之间的摩擦较大 六、提升训练 动力/N 1 动力臂/cm 15 阻力/N 1.5 阻力臂/cm 10 实验次数太少，实验结论具有偶然性 A