10.1探究杠杆的平衡条件(共37张PPT)-沪科版物理八年级下

(共37张PPT)
第五节 探究杠杆的平衡条件
在生活、 生产中，人们常常用撬棒撬物、用起重机吊物等，这其中有什么奥秘 让我们从跷跷板开始进行探究。
探究跷跷板中的道理
小时候，我们都玩过跷跷板。观察如图6- 37所示的情景后， 讨论一下，大人和小朋友分别坐在跷跷板的两侧，怎样才能使跷跷板保持水平呢
为了便于探究跷跷板怎样才能保持水平 白 白状态，需要对它简化进行实验研究。如图6-38所示，用带有等分刻度的均质木尺代替跷跷板，用钩码代替人。
物理学中，把能绕某. 固定点转动的硬棒(直棒或曲棒)，叫做杠杆(lever)。跷跷板是一种杠杆。
活动1 探究杠杆的平衡条件
首先调节杠杆两端的螺母，使杠杆处于水平平衡状态。接着在杠杆的两边分别挂上数量不同的钩码，用F、F2表示钩码的拉力，用L、L2表示钩码离开悬挂点0的距离(图6-39)。改变钩码数量和它们离开点0的距离，使杠杆处于水平静止状态。将各次实验所得的数据填入下表中。
杠杆绕着转动的点
(图6- 40中的点0)，叫
做支点(fulcrum)。
从支点到力作用线
的距离L和L叫做力臂
(force arm)。动力的
力臂叫做动力臂，阻力
的力臂叫做阻力臂。
杠杆在动力和阻力
作用下处于静止状态，
叫做杠杆平衡( balance )。
请运用上述概念，分析实验中的数据，用文字和公式归纳结论。
（1） 提出问题：
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？
（2）猜想与假设：
假设1：
假设2：
假设3：
假设4：
F1+L1=F2+L2
F1–L1=F2–L2
F1/L1=F2/L2
F1 · L1=F2 · L2
2. 杠杆的平衡条件
还有其他假设吗？
F12+L12=F22+L22
F13+L13=F23+L23
……
调节杠杆两端的螺母，使杠杆在不挂钩码时，保持水平并静止，达到平衡状态。
给杠杆两端挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆平衡。这是杠杆两端受到的作用力等于各自钩码的重量。
（3） 制定计划与设计实验：
① 调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。
螺母
螺母
（4） 进行实验：
杠杆向右偏，则将平衡螺母往左调。
杠杆向左偏，则将平衡螺母往右调。
② 在杠杆两边挂上不同数量的钩码，调节钩码的位置，使杠杆在水平位置重新平衡。然后把实验数据填入表中。
F2
F1
L2
L1
③ 改变力和力臂的数值，再做两次实验，把实验数据填入表中。
实验次数 动力F1/N 动力臂l1/m 阻力F2/N 阻力臂l2/m
1
2
3
2
0.15
3
0.1
5
0.08
10
0.04
10
0.1
5
0.2
④ 求出各次实验中动力×动力臂和阻力×阻力臂的值，然后思考杠杆的平衡条件。
实验次数 动力F1/N 动力臂l1/m 动力 动力臂 阻力F2/N 阻力臂l2/m 阻力 阻力臂
1
2
3
2
0.15
3
0.1
5
0.08
10
0.04
10
0.1
5
0.2
0.3
0.3
0.4
0.4
1
1
杠杆的平衡条件是：
（5） 得出结论：
动力×动力臂＝阻力×阻力臂
或写作： F1L1＝ F2L2
即：杠杆的平衡取决于力和力臂的乘积。
阿基米德杠杆原理
上面的关系也可以写成下面的形式：
阻力 　 动力臂
动力 　阻力臂
或
F1　　 L2
F2　　 L1
动力 　 阻力臂
阻力 　动力臂
或
F1 L2
F2 L1
杠杆两端可调节的平衡螺母，起什么作用
为什么要求杠杆静止时，在水平位置
平衡螺母调节杠杆自身的平衡。
力臂的数值在杠杆上可以直接读出或量出。
（6）交流与合作：
挂钩码后，能不能再调节平衡螺母？
不能。
上式表明，杠杆平衡时，杠杆的动力乘动力臂等于阻力乘阻力臂，即杠杆的动力臂是阻力臂的几倍，杠杆的动力F就是阻力F2的几分之一。这就是杠杆的平衡条件。
例题假如图6- 37中的大人重750N,小女孩重250N。当大人坐在与跷跷板的转轴距离为0.5 m处，小女孩应该坐在哪里才能使跷跷板水平平衡
已知:阻力F,=750N,阻力臂L=0.5m,动力F=250N。
求:动力臂L的大小。
解:根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2,得
答:小女孩应该坐在离转轴1.5 m处。
讨论:
1.根据杠杆平衡条件，比较动力臂和阻力臂的长短，怎样的杠杆省力 怎样的杠杆费力 怎样的杠杆既不省力又不费力
2.比较图6-41中三种剪刀的动力臂、阻力臂长短有什么不同 请说明其中的道理。
杠杆的作用
活动2 认识生活中的杠杆
生活和生产中有许多不同形式的杠杆。
请画出图6-42中各种器具的支点和力臂。画力臂时要注意，它应该是支点到力的作用线的距离。
讨论:上图中哪些杠杆省力，哪些杠杆费力，哪些杠杆既不省力也不费力 使用这三类杠杆各有什么好处
3. 杠杆的应用
（1）根据杠杆平衡条件： F1×L1=F2×L2
若L1>L2，则 F1省力杠杆特点：省力但要费距离。
手通过的距离比刀口通过的距离大，要多移动距离。
省力杠杆
铡刀
省力杠杆
道钉撬
羊角锤
起子
钳子
手动抽水机
（2）根据杠杆平衡条件： F1×L1=F2×L2
若L1F2。此杠杆为费力杠杆。
费力杠杆特点：费力但可以省距离。
手通过的距离比煤或鱼通过的距离少得多，可以省距离。
铁锹
钓鱼竿
费力杠杆
费力杠杆
缝纫机脚踏板
起重机
剪刀
镊子
人的胳膊
筷子
（3）根据杠杆平衡条件： F1×L1=F2×L2
若L1=L2，则 F1=F2。此杠杆为等臂杠杆。
等臂杠杆特点：不省力也不省距离。
阻力臂L2
动力臂L1
O
动力臂L1
阻力臂L2
F1
F2
人体内许多部位的骨骼和肌肉组织也构成杠杆。如图6- 43所示，手上握着或托着重物时，可将手、手腕、尺骨和桡骨看作一一个整体，它的作用相当于杠杆(肘关节相当于支点)。
机械手操作时，模仿手的动作，同样具有杠杆的特征(图6- 44)。
信息浏览
传说， 阿基米德(Archimedes,前287- 前212) 发现了杠杆原理后，曾产生撬动地球的遐想。他在给叙拉古国国王希罗的信中写道:“只要给我一个支点和一根足够长的杠杆，我就能撬动地球。”国王看信后，立即召见了阿基米德，并说:“当着众神发誓，你真的能撬动地球吗 ”阿基米德不慌不忙地用撬石头的例子作比喻，向国王讲了杠杆的原理，然后坦然回答说:“不，我只是根据原理作了这样的推理。事实上，我站不
到地球以外的什么地方去，找不到这样长而坚固的杠杆，也找不到搁这根杠杆的支点。”国王弄懂了这个道理，很高兴。
4. 杠杆的种类：
省力杠杆：L1>L2，动力小于阻力　
　特点：省力，但费距离。应用：羊角锤
费力杠杆：L1　特点：费力，但省距离。应用：钓鱼竿
等臂杠杆：L1＝L2 ，动力等于阻力
　特点：不省力也不费力。应用：天平
3. 杠杆的平衡条件：
动力×动力臂＝阻力×阻力臂
F1L1＝ F2L2
小结
自我评价与作业
1.你是否动手做过“探究杠杆的平衡条件”的实验 如果没有，请在家中做一下。
2.画出图6-46中各力的力臂。
3.工人用一辆独轮车
搬运泥土。设车斗和泥土
的总重力G=1000N,独轮
车各部分如图6-47所示，
那么，工人运泥土时抬起
独轮车需要用的力F是多少
4.一位体重约为500N的同学在做俯卧撑，如图6-48所示，点A为重心。请计算地面对他双手的作用力。
5.图6-49是拉杆式旅行箱的受力示意图。若箱重100N,动力臂是阻力臂的4倍，则拉箱子时，竖直向上的拉力F=____N。
巩固练习
1. 力臂是一定在杠杆上吗？
答：不是。
F1
F2
L1
L2
3. 若力作用在杠杆上，作用点不变，但作用方向改变，力臂是否改变？
答：改变。
F1
O
L1
L2
F2
4. 哪种剪纸方法省力？ 哪种剪纸方法省距离？
1. 蹬自行车脚踏板时,如果只向下用力，则当脚踏板在水平位置时，动力臂最大，这时用力效果最好。
2. 剪较硬的物体阻力较大，要用动力臂比阻力臂长的剪刀。
剪纸或布时，阻力不很大，用动力臂较短的剪刀，完成一次剪裁动作，可以剪裁较长的纸或布，加快剪切速度。修剪树枝时，一方面树枝较硬、阻力较大，这就要求动力臂要长，阻力臂要短；另一方面，为了加快修剪速度，剪切整齐，要求剪刀刀口要长，就要用动力臂较长、阻力臂较短，同时刀口较长的剪刀。
4. 指甲剪上有三个杠杆。手把部分是一个省力杠杆，刀口部分是两个费力杠杆。
用剪刀剪物体时，被剪物体的具体位置不同，阻力臂的大小也不同，动力的大小也会变化。不能说动力一定大于或一定小于阻力，一般是根据轴到手柄的距离来粗略地判断某种剪刀是不是省力杠杆。手柄长的剪刀能省力，通常用来剪坚硬的物体，手柄短的剪刀费力，通常用来剪轻软物体。