1、第一节 科学探究：杠杆的平衡条件一、课前知识准备1二力平衡的条件是 。 2大人和小孩玩翘翘板时，谁离翘翘板中间近一点？ 答案：1.等大、反向、共线、同体 2.大人 二、名师解读点拨知识点 1：认识杠杆【观察】生活中的杠杆：开瓶器、扳手、剪刀、天平等。这些杠杆有什么共同的特征？【归纳】在力的作用下，能绕某一固定点转动的硬棒，物理学中叫 。答案：杠杆杠杆的五要素：支点：杠杆绕着转动的固定点，用字母 O 标出.动力：使杠杆转动的力，用字母 F1标出.阻力：阻碍杠杆转动的力，用字母 F2标出.【注意】动力和阻力使杠杆转动方向相反，但它们的方向不一定相反.动力臂：从支点到动力作用线的距离，用字母 l1标
2、出.阻力臂：从支点到阻力作用线的距离，用字母 l2标出.【明确】画力臂时，首先确定杠杆的支点，再确定力的作用线。然后使用直角三角板画出从支点到力的作用线的垂线，垂足要落在力的作用线上，标出垂直符号，并用大括号标明哪个线段是力臂，写上字母 l1或 l2。力臂常用虚线画出.【练一练】找出下列各图中的杠杆，并画出杠杆的示意图。知识点 2：杠杆的平衡条件【观察】杠杆平衡状态和非平衡状态【点拨】当杠杆在动力和阻力的作用下 时，杠杆就平衡了。答案：静止【想一想】杠杆平衡时，动力、动力臂和阻力、阻力臂之间存在着怎样的关系？【猜一猜】猜想 1：动力动力臂阻力阻力臂；猜想 2：动力动力臂阻力阻力臂；猜想 3：
3、；阻 力 臂阻 力动 力 臂动 力猜想 4：动力动力臂阻力阻力臂【实验探究】实验装置如课本图 9-3，改变钩码数目，移动其悬挂的位置，使杠杆平衡，将数据填入下表。【分析归纳】杠杆平衡条件：动力动力臂阻力阻力臂，即 F1l1=F2L2。【想一想】在研究“杠杆的平衡条件”实验中，有一组同学猜想杠杆的平衡条件可能是“动力动力臂阻力阻力臂”他们经过实验，获得了下述数据：动力 /N1F动力臂 /cm1l阻力 /N2阻力臂 /cm2l4 5 5 4于是，他们认为自己的猜想得到了验证你认为他们的实验过程存在什么问题？【点拨】实验不能只凭一组数据得到结论，必须在多次实验的基础上通过分析才能得出结论，单位不同的
4、两个物理量不能直接相加。【想一想】【点拨】知识点 3：杠杆的分类【观察】天平、理发剪刀、开瓶器、镊子、钢丝钳、扳手、手推独轮车、钓鱼竿。【做一做】将以上杠杆进行分类，并说出分类方法。【比较】省力杠杆 l1 L2省力 费距离 如钢丝钳、开瓶器、扳手等费力杠杆 l1 L2费力 省距离 如钓鱼杆、镊子、理发剪刀等等臂杠杆 l1 =L2不省不费力 不省不费距离 如天平等【辨析】为什么要使用“费力杠杆”？【点拨】(1)如图所示，撬棒是一省力杠杆用较小的动力可以撬起较重的石块，这是省力杠杆的优点，但要使石块上升较小的高度 h，手施力时要下降较大距离 s,即费距离，实验序号 动力F1/N动力臂l1/m阻力F
5、2/N阻力臂L2/m这是省力杠杆的缺点。（2）理发用的剪刀是费力杠杆，头发对剪刀的力不大，但施加的动力要比它大，如图所示，这种杠杆的优点在于：剪刀尖移动较大的距离时，手带动剪刀移动的距离都不大，换句话说，这种费力杠杆省距离理发用剪刀、裁衣剪刀都是利用了费力杠杆的这一优点而制作的【想一想】怎样将省力杠杆用得最“省力”？【点拨】怎样将省力杠杆用得最“省力”，就是说用最小的力，可以获得最大的收益，那么我们就要研究杠杆上在哪一处施加什么样的力是最小的力了如图所示，杠杆撬石块时，力施加在杠杆 OB 段上任一点均可我们不难看出：当力的方向相同时或平行时，施加在杠杆最末端 B 点上的力的力臂将大于施加在 M
6、、 N 点的力的力臂，而当杠杆平衡时，力和力臂成反比，所以， B 点应是施最小的力的作用点找到最小的力的作用点，我们再来看力的方向，如图所示，作用在 B 点的三个动力F11、 F12、 F13，方向各不相同，其中 F12的方向与杠杆垂直我们分别画出它们三者的力臂是： l11、 l12、 l13，可以看出， l12就是杠杆 OB 段的长度，而 OB 段与 l11是一个直角三角形的斜边和直角边， OB 段与 l13是另一个直角三角形的斜边和直角边，因此 OB 的长度一定大于 l11和 l13的长度，那 F12应是三个力中力臂最长的，也应是大小最小的力由此我们可以得出：省力杠杆中最小的力应是作用在杠
7、杆端点的垂直于杠杆的力我们知道了这一点，就可以在使用省力杠杆时，找对位置和施力的方向，用最小的力，达到最终目的【投影】我国古代的杠杆古代的天平、捣谷的舂、汲水的桔槔。【点拨】三、拓展整合创新类型之一：杠杆的应用【例 1】（05 年泰州市）人体的运动系统相当复杂，但最基本的运动形式是，骨骼在肌肉提供的动力作用下绕关节转动. 如图所示是手端起茶杯的情景，其前臂骨骼相当于杠杆，肱二头肌收缩提供动力. 由图可以看出，这是一个（ ）A费力、省距离的杠杆 B省力、费距离的杠杆 C既费力，也费距离的杠杆 D既省力，也省距离的杠杆解析：人前臂的动作最容易看作杠杆，它的支点在肘关节.当肱二头肌收缩、肱三头肌松驰
8、时，前臂向上转，引起曲肘动作；而当肱三头肌收缩、肱二头肌松驰时，前臂向下转，引起伸肘动作.从上图很容易看出，动力臂小于阻力臂，前臂是个费力杠杆，但是肱二头肌只要缩短一点就可以使手移动相当大的距离.可见，费了力，但省了距离.答案：A变式题：（05 年包头市）城市街道上的路灯离地面都是很高的，如果路灯坏了，电工师傅可以坐在如图所示的修理车上的吊箱里靠近路灯进行修理。该车_ (填对应的字母)部分是一个杠杆，使用此杠杆的好处是_。解析：OAB 是一个费力杠杆，这样伸缩臂移动较小距离，修理工可以获得较大的移动范围，应用了费力杠杆的省距离的特点。答案：OAB；省距离【例 2】（05 年南通市）园艺师傅使用
9、如图所示的剪刀修剪树枝时，常把树枝尽量往剪刀轴 O 靠近，这样做的目的是为了（ ）A增大阻力臂，减小动力移动的距离B减小动力臂，减小动力移动的距离C增大动力臂，省力D减小阻力臂，省力解析：剪刀在使用时，可看成杠杆模型，根据杠杆平衡条件，增大动力臂或减小阻力臂可以更省力。本题中，剪刀轴 O 是杠杆的支点，树枝施加的是阻力，将树枝往 O 靠近，就是减小阻力臂，所以省力。答案：D变式题：用扳手拧生锈的螺母时，工人常在扳手柄上再套一节管子，如图示，这样就容易拧下螺母，这是因为套上管子后增大了 的缘故。解析：杠杆平衡时，动力与动力臂成反比。在扳手柄上再套一节管子，可增大动力臂，减小了动力，即省力。答案：
10、动力臂【误解分析】不少同学在解答此题时，认为工人常在扳手柄上再套一节管子是为了减小压强，这样做的确有增大受力面积，减小压强的效果，但答非所问。 类型之二：杠杆平衡条件 【例 3】(05 衢州市)年如图所示，OA25 厘米，OB20厘米，OC20 厘米，AC15 厘米，B 点所挂物体重为 45 牛，当杠杆水平平衡时，弹簧秤的示数为（ ）A.36 牛 B.45 牛C.50 牛 D.60 牛解析：本题利用杠杆平衡条件来求解。重物施加的拉力等于物重 45N，其力臂为 OB=20cm，弹簧秤的拉力 F 对应的力臂不是 OA，在这一点上容易犯错误，根据力臂的定义，应该是 O 点到力 F 所在在线的距离，即
11、 OC，根据杠杆平衡条件应有 GOB=FOC，得 F=45N。答案：B类型之三：综合应用创新【例 4】（05 年镇江市）乒乓球、保龄球等表面都是光滑的，为什么高尔夫球的表面上布满小坑呢？经有关科学家研究发现：两个等大的球，一个表面布满小坑，另一个光滑，在空中高速飞行时，表面布满小坑的球受到的空气阻力较小.现将质量与体积均相等的两个小球 A（表面布满小坑）与 B（表面光滑）分别利用细绳悬挂在等臂杠杆的两端，使杠杆水平平衡，如图所示.当从两球正下方同时以相同速度（足够大）的风对准它们竖直向上吹时，则以下的说法中正确的是 （ ）A杠杆左端下降 B杠杆右端下降 C杠杆仍然在水平方向处于平衡状态D无法判
12、断杠杆的转动情况解析：本题将力的合成与杠杆平衡条件结合起来，是一道较新颖的试题，解答此题关健是对小球进行正确的受力分析。题中小球受到三个力的作用，分别是竖直向下的重力、竖直向上的拉力和阻力，拉力等于重力减去阻力，重力不变，阻力小则拉力大，杠杆受到的拉力也大，杠杆向力和力臂乘积大的一端倾斜。答案：A四、当堂检测反馈1杠杆的平衡条件是_ _，若作用在杠杆上的动力为 100 N，动力臂与阻力臂之比为 5：1，则杠杆平衡时所受阻力为_N答案：F 1l1=F2L2；202如图所示物体重为 8 N，要使杠杆在水平位置平衡，在 A 点应施加的最小力为 N，力的方向_ _答案：4；竖直向上3在下图所示的杠杆中
13、，动力的力臂用 l 表示，图中所画力臂正确的是( )答案：D1. 如图所示，下列器件中属于省力杠杆的是（ ）答案：B2. 如下图所示是用长棒撬石块的示意图，当在 A 点用竖直向下的力 F1压长棒时，石块未撬动.采取下列哪一种措施，最有利于把石块撬动?( )A.把垫着的小石块移得离大石块近一点，且用力方向改为 F2方向B.把垫着的小石块移得离大石块近一点，而且力方向仍为 F1方向C.把垫着的小石块移得离大石块远一点，且用力方向改为 F2方向D.把垫着的小石块移得离大石块远一点，而且力方向仍为 F1方向答案：A五、资料链接葡萄酒附件开瓶器葡萄酒开瓶器的诞生肯定是源于葡萄酒采用玻璃瓶软木塞这种包装形
14、式。玻璃瓶软木塞给了葡萄酒良好的保存和缓慢成熟的环境，但是打开软木塞确实是需要费一番周折。现在，漂亮地打开葡萄酒成了专业奉酒师必须的技巧，也是欣赏葡萄酒同时需要欣赏的过程之一。葡萄酒开瓶器种类多样，基本上用途只有 2 个，切开封帽和拔出软木塞。T 型开瓶器：这是最古老的一种开瓶器，构造也最为简单，一个螺丝锥和一个把手，把手的装饰与造型可能千奇百怪，但是万变不离其宗。使用的时候将螺丝锥旋入软木塞，然后用力拔出来。螺丝锥不要选用左图最上方的那一种，那种只能在软木塞上钻一个孔，很容易把木塞弄断。这种类型的开瓶器比较费力，也容易弄坏木塞，所以其它的开瓶器开始考虑如何省力而又安全无误地将木塞打开。蝶形开瓶器：常用的一种开瓶器，很多国内的葡萄酒礼盒中都有这种开瓶器。使用也很简单，将螺丝锥旋入木塞，扳动两侧把手就可以把瓶塞打开，相当于省力杠杆。
