八年级全物理课件第一节 科学探究：杠杆的平衡条件·_沪科版 61页

第十章 机械与人 1 Ø 杠杆及其要素 Ø 杠杆平衡条件 Ø 杠杆的分类 2 当堂 作业 逐点 导讲练 课堂 小结 课后 作业 埃及金字塔是世界七大奇迹之一。其中法老胡夫的陵墓最 大，建于公元前二十七世纪，高146.5米，相当于40层楼 高，由230万块重约2.5吨的大石块叠成，最大的一块重约 16 吨，全部工程历时30余年。古埃及人用什么工具创造 了这一奇迹？ 你知道这些工具是利用了什么原理吗？ 下面我们就来学习它？ 1 知1－导 人们生产、生活中用到了下列的工具 知1－导 知1－导今天我们用塔吊建成现代化城市！ 知1－导这些工具具有什么共同特征呢？ 知1－导 注意：硬棒可以是直,也可以是弯曲的, 即杠杆可以是 各种各样的形状。 物理学中,把能绕某一固定点转动的硬棒,叫做 杠杆。 1.受力的作用 2.绕固定点转动 3.比较坚硬 共同特征 杠杆的概念 定义 跷跷板及上面列举的生产工具都是杠杆。 知1－导 F2阻力 L1动力臂 L2阻力臂 动力作用线 阻力作用线 O支点杠杆绕着转动 的固定点 使杠杆转动 的力 阻碍杠杆转动 的力 支点到动力作用线的距离 支点到阻力作用线的 距离 F1动力 杠杆的五要素: 知1－导 一“点”——支点O（一定在杠杆上） 动力F1 二“力”—— 相对的 阻力F2 动力臂L1 三“臂”—— 阻力臂L2 杠 杆 五 要 素 知1－导画杠杆力臂的方法 ①找点（确定支点）； ②画线（画力的作用线，一般画为虚线）； ③作垂线段（从支点向力的作用线作垂线，垂 足在力的作用线上，一般画为虚线）； ④标力臂（标垂足---直角符号、标力臂---支 点到垂足的距离 ）。 知1－导 2. 杠杆是否都是直的？ 1.力臂是一定在杠杆上吗？ 3. 若一力作用在杠杆上，作用点不变，但 作用方向改变，力臂是否改变？ 答：不是。 答：杠杆可以是直的，也可以是弯的。 答：要改变。 注意： 知1－讲 【例1】下图中关于动力F1的力臂的作图中，正确的 是(　　)C 知1－讲 【导引】 画动力臂的方法是过支点作动力作用线的垂线段，而 A、B选项中线段与动力作用线不垂直，所以A、B选 项错误；又因为D选项中，表示力臂的不是支点到动 力作用线的距离，故D选项错误，C选项正确。 知1－讲 力臂是点到线的距离，找到点(支点)和线(力的作用线)， 由点向线作垂线段即可。画力臂的方法可记为：一找 点，二作线，点向线作垂线。 知1－练下列关于杠杆的说法中，错误的是(　　) A．杠杆可以是直的，也可以是弯的 B．动力使杠杆转动，阻力阻碍杠杆转动 C．支点可能在杠杆的端点，也可能在杠杆中间 D．杠杆的长度等于动力臂和阻力臂之和 1 D 知1－练 【中考·河南】如图所示，小华用苹果和橘子来玩跷跷 板。她将苹果、橘子分别放在轻杆的左、右两端，放 手后，杆马上转动起来。使杆逆时针转动的力是(　　) A．苹果的重力 B．橘子的重力 C．杆对橘子的支持力 D．苹果对杆的压力 2 D 知2－导2 什么是杠杆的平衡？ 当杠杆在动力和阻力的作用下静止时，或作缓慢地 匀速转动时，我们说杠杆平衡了。 知2－导 买菜 唉！怎样才使它平衡 让我们从跷跷板开始进行探究。 知2－导 为了便于探究跷跷板怎样才能平衡，可以对它进行简化。 用带有等分刻度的均质木尺代替跷跷板，用钩码代替人。 活动：探究杠杆的平衡条件 跷跷板的简化装置： 知2－导 F1 F2 o L1 L2 作出杠杆的五要素 知2－导 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？ 知2－导 3. 制定计划与设计实验 器材:杠杆、钩码、弹簧测力计、铁架台 测量的物理量:力的大小 (1)杠杆两端装置两只可调节的螺母，能起 什么作用? 调节杠杆自身的平衡。 知2－导 A B (2) A、B两图中的杠杆处于静止状态， 实验时采用哪幅图？为什么？ 采用A图。实验时，使杠杆在水平 位置平衡，便于在杠杆上直接读 出或量出力臂的大小。 知2－导实验步骤： 1. 调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡。 2. 在杠杆的左侧一个位置挂上适量的钩码，记录此位 置，同时在右侧挂上适量的钩码，移动此钩码的位 置使杠杆在水平位置平衡，记录此位置。 3. 改变钩码数量或位置，重复上面的步骤，得出三组 数据。 知2－导 1.在实验前要通过调节杠杆两端的平衡螺母，使杠 杆在水平位置平衡。 2.挂钩码后，不能再移动平衡螺母，只能通过移动 钩码的位置使杠杆平衡。 3.读数时，杠杆仍要求是处于水平平衡状态，以便 直接读出力臂的长度。 实验注意事项 4.进行实验与收集数据 知2－导 请同学们开始做实验 实验次数 F1/N L1/m F2/N L2/m 1 2 3 2 0.15 3 0.10 5 0.08 10 0.04 10 0.05 5 0.10 实验数据记录 知2－导 动力×动力臂＝阻力×阻力臂 5. 分析论证、得出结论 F1·L1=F2·L2 或 杠杆的平衡条件： 1 1 2 2 F L F L  总之，杠杆的平衡条件是 F1·L1 = F2·L2 交流与合作 你的实验结论与你的假设一致吗?你的结论是什么? 知2－讲 如图所示，一轻质杠杆OA可绕O点无摩擦转动，A 端用绳子系在竖直墙壁的B点，在杠杆的C点悬挂 一重为20 N的物体，杠杆处于水平静止状态。已 知OA长为50 cm，OC长为30 cm，∠OAB＝30°。 (1)请在图中画出绳子对杠杆拉力F的力臂。 (2)拉力F的大小是多少？ 【例2】 知2－讲【导引】 (1)力臂的画法：过支点作力的作用线的垂线段； (2)杠杆平衡的条件：动力乘以动力臂等于阻力乘以阻 力臂；根据直角三角形角与边的关系，求出绳子对 杠杆拉力的力臂；再利用已知的重力和重力的力臂 以及杠杆平衡的条件求出拉力F的大小。 知2－讲 解：(1)如图所示。 (2)如图所示，在Rt△OAD中,∠ODA＝90°,∠DAO ＝30°,所以OD＝1/2OA＝1/2×50 cm＝25 cm。 根据杠杆平衡条件得：F×OD＝G×OC，即F× 25 cm＝20 N×30 cm，解得：F＝24 N。 知2－讲 利用杠杆的平衡条件公式时，动力和阻力的单位 要统一为力的单位“N”，动力臂和阻力臂的单位 要统一，但不一定是“m”，其他长度单位统一也 可以。 知2－练 1 杠杆是否平衡，决定于(　　) A．动力与阻力的大小 B．动力臂与阻力臂的长短 C．动力与动力臂乘积和阻力与阻力臂乘积的大小 D．以上都不对 C 知2－练 2 【中考·天津】如图所示，在处于水平平衡的杠杆A 点，挂上4个钩码(每个钩码的质量为50 g ，g取10 N/kg)，若使杠杆在水平位置保持平衡，作用在杠 杆B点的力最小为(　　) A．15 N B．6 N C．3 N D．1.5 N D 3 知3－导 F1 F2动力臂l1 阻力臂l2 O 省力杠杆 由 F1l1=F2l2 ∵l1>l2 ∴F1< F2 这是省力杠杆 知3－导 h S=4h h S=4h h S=4h h S=4h h S=4h h S=4h h S=4h h S=4h h S=4h O F2 F1 A B F2 F1 A’ B’ 可见，省力杠杆虽然省力，但费了距离 省力杠杆的特点 知3－导 F2 F1 动力臂 l 1 阻力臂 l 2 O 费力杠杆 由 F1l1=F2l2 , ∵l1 < l2 , ∴F1 > F2 , 这是费力杠杆 知3－导 F2 F1 h S=4h A’ B’ A B F2 F1 O h S=4h h S=4hh S=4h h S=4hh S=4h 可见，费力杠杆虽然费了力，但可以省距离 费力杠杆的特点 知3－导 F2F1 动力臂l1 阻力臂l2 O 等臂杠杆的特点 由 F1l1=F2l2 ∵l1 = l2 ∴F1 = F2 这是等臂杠杆 等臂杠杆不省力，也不省距离 知3－讲 皮划艇是我国的奥运优势项目之一，如图所示， 是我国选手夺冠时的场景。在比赛中，运动员 一手支撑住桨柄的末端(视为支点)，另一手用力 划桨，此时的船桨是(　　) A．等臂杠杆　 B．费力杠杆　 C．省力杠杆　 D．省功杠杆 B 【例1】 知3－讲 【导引】 运动员一手支撑住桨柄的末端，末端视为支点，另一 手用力划桨，阻力臂大于动力臂。因此，此时的桨属 于费力杠杆。 知3－讲 识别杠杆的类型用比较法，通过比较动力臂与阻力臂 的大小关系，来判断杠杆的类型。 知3－练 关于费力杠杆，下列说法正确的是(　　) A．费力杠杆的动力臂大于阻力臂 B．费力杠杆不能省距离 C．费力杠杆会费力，因此没有用处 D．费力杠杆可以省距离 1 D 知3－练 【中考·烟台】如图所示，下列属于费力杠杆的是(　 　) 2 D 1 知识小结 杠 杆 平衡条件概 念 画杠杆力臂的方 法 1. 动力方向和阻力方向之间的关系： (1)若支点在杠杆的中间，两力方向基本相同；若支点 在杠杆的一端，两力方向应该相反； (2)动力和阻力中，一个力使杠杆顺时针转动，则另一 个力使杠杆逆时针转动。 画力臂的顺口溜： 一定点，二画线(力的作用线)，三作垂线段。 杠杆的分类： 省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆; 2 易错小结 如图为用瓶起开启瓶盖的情景，请在图中画出 该瓶起使用时动力臂、阻力、阻力臂。 易错点：弄错支点位置 如图所示，F1是作用在抽水机手柄A点的动力，O为 支点，请在图中画出F1的力臂L1，并标出阻力F2。 易错点：弄错阻力方向 剪刀是一种常用杠杆(如图)，请你找出它的支点、 动力、动力臂、阻力、阻力臂，并将其在图上标示 出来。 1 图略 图(a)所示的杠杆是水平平衡的。若如图 (b)所示， 在支点两侧的物体下方分别加挂一个等重的物体， 杠杆还能保持水平平衡吗？为什么？ 2 解：不能，向右偏转。因为在题图(a)中F1l1＝F2l2， 当两边加上等重的物体时： (F1＋ΔG)l1－(F2＋ΔG)l2＝F1l1＋ΔGl1－F2l2－ΔGl2＝ (l1－l2)ΔG；因为F1＞F2，l1＜l2，所以(l1－l2)ΔG＜0， 即(F1＋ΔG)l1＜(F2＋ΔG)l2。 某人分别用如图 (a)、(b)所示的 两种方法挑着同一 物体行走，则图(a)中手施加的动力________(选填 “大于”“小于”或“等于”）图(b)中手施加的 动力。 3 小于 如图所示，各式各样的剪刀都是一对对杠杆。要剪 开较硬的物体，使用哪种剪刀最合适？ 4 解：使用(b)剪刀最合适。 如图所示，独轮车车斗和车内的煤受到的总重力G 为900 N，此重力作用于A点，车轴O为支点。将车 把抬起时，作用在车把上向上的力有多大？省力吗？ 5 解：因为F1l1＝F2l2，即 F×(30＋90) cm＝G×30 cm， 解得F＝225 N；省力。 6 一根杠杆两端分别挂着质量不等的两铁块，如图所 示，此时杠杆静止。 若将两铁块同时浸没于水中， 杠杆是否仍然平衡？若不平衡，哪端下沉？ (来自教材) 解：开始时杠杆在水平位置平衡，则G1l1＝G2l2，因 G＝mg，m＝ρV，则ρ铁V1gl1＝ρ铁V2gl2，即V1l1＝V2l2。 浸没于水中后，左端杠杆受到的拉力为F1＝G1－F浮1， 右端杠杆受到的拉力为G2－F浮2；且F浮1＝ρ水gV1， F浮2＝ρ水gV2；则F1＝ρ铁gV1－ρ水gV1＝(ρ铁－ρ水)gV1， F2＝(ρ铁－ρ水)gV2； F1l1/F2l2 ＝ V1l1/V2l2 ＝1，故此时 杠杆仍会在水平位置平衡。 7 关于力臂，下列说法正确的是(　　) A．力臂一定在杠杆上 B．力的作用线通过支点时，力臂为零 C．从支点到力的距离叫力臂 D．杠杆越长，力臂越长 B 8 杠杆在我国古代就有许多巧妙的应用，护城河上 安装的吊桥就是一个杠杆，如图所示，它的支点 是________点，动力作用点是______点，阻力是 吊桥的________。 B A 重力 【中考·聊城】如图是一种拉杆式旅行箱的示意图， 若旅行箱内装满物体且质量分布均匀，其总重为 210 N，轻质拉杆拉出的长度是箱体长度的二分之 一，要使旅行箱和拉杆构成的杠杆水平平衡，则 竖直向上的拉力F为________N。 9 70