第十一章 简单机械
第一节 探究:杠杆的平衡条件
第1课时 杠杆及平衡条件
教材任务驱动
任务一 认识杠杆
1.定义:在力的作用下能绕着 转动的硬棒。
2.杠杆的五要素
图例
支点 杠杆绕着转动的 ,用“O”表示
动力 使杠杆转动的力,用“ ”表示
阻力 杠杆转动的力,用“F2”表示
动力臂 从支点到 的距离,用“l1”表示
阻力臂 从支点到 的距离,用“l2”表示
【走进生活】
如图所示是人们垂钓时的情景,鱼竿可视为杠杆。想一想:支点在什么地方 动力和阻力分别是什么
任务二 探究杠杆的平衡条件
【探究准备】
1.杠杆的平衡状态:杠杆在动力和阻力作用下 或绕支点匀速转动。
2.为了便于测量力臂,调节杠杆在 位置平衡。
【探究过程】
【设计实验与制订计划】
1.实验器材的组装和选取
2.制订实验方案
分别改变支点两边悬挂钩码的 和悬挂位置,探究杠杆平衡时 、动力臂和阻力、 之间的关系。
【进行实验与收集证据】
1.实验操作:
(1)调节 ,将没挂钩码的杠杆调节至 位置平衡。
(2)改变悬挂的钩码个数(动力F1、阻力F2),移动其悬挂的位置,使杠杆仍在水平位置平衡,将数据填入表中。
2.实验数据:
实验 次数 动力 F1/N 动力臂 l1/cm 阻力 F2/N 阻力臂 l2/cm
1 20 1.0 10
2 1.5 1.0 15
3 2.0 10 1.0
【分析与论证】
杠杆的平衡条件是 ,用公式可表示为 。
【交流与评估】
1.多次改变钩码的数量及悬挂钩码的位置,目的是什么
【温馨提示】→操作注意事项
1.调节杠杆使其在水平位置平衡的原则是“左偏右调、右偏左调”。
2.改变钩码的个数和悬挂的位置后,不能再通过调节平衡螺母来使杠杆在水平位置平衡。
3.挂钩码时,支点两侧只能存在两个悬挂点。
典题疑难突破
考点一力臂的画法
【典题1】(2024·盐城中考)如图所示,画出用起子撬图钉的动力F1的力臂l1。
【技法点拨】 “四步法”画杠杆力臂
【变式】(2024·盘锦期末)图甲是一名中学生志愿者参加公益劳动的照片。该学生在用笤帚清扫落叶,以O为支点,作用在A点的动力为F1,在图乙中画出动力F1的力臂l1及作用在B点的阻力F2的示意图。
考点二探究杠杆的平衡条件
【典题2】【一题式探究】小华组利用如图所示的装置来探究“杠杆的平衡条件”。
【实验装置】
(1)实验前,杠杆在支架上静止时如图甲所示,此时杠杆处于 (选填“平衡”或“非平衡”)状态;
(2)把质量分布均匀的杠杆中点O作为支点,其目的是消除 对实验的影响;
【进行实验】
(3)在杠杆两侧挂上不同数量的钩码,第1、2次杠杆平衡时的数据已填入表格。图乙是第3次杠杆平衡时的情景,此次杠杆右侧的阻力和阻力臂的数据a为 ,b为 ;
实验次数 动力F1/N 动力臂l1/m 阻力F2/N 阻力臂l2/m
1 2.5 0.2 2 0.25
2 2 0.15 1.5 0.2
3 1.5 0.1 a b
(4)图乙中,若在两端各减去一个钩码,杠杆 (选填“能”或“不能”)平衡,若左侧钩码不动,则应该将右侧的钩码向 移动 格,才能使杠杆重新平衡。
【实验延伸】
(5)如图丙所示,杠杆恰能保持静止。面对这样的实验现象,在接下来的探究步骤中,该小组面临的困难是 。
(6)小华同学提出,若支点不在杠杆的中点,杠杆的平衡条件是否仍然成立 于是该小组同学利用图丁所示的装置进行探究,在杠杆A点处挂上2个钩码(若每个钩码重0.5 N),以弹簧测力计的拉力为动力F1,钩码处绳子拉力为阻力F2,杠杆在水平位置平衡时F1l1 (选填“大于”“等于”或“小于”)F2l2。
【创新实验】
(7)【装置改进】得出结论后,小华组改用弹簧测力计做实验:
①如图戊所示,使杠杆在水平位置平衡,此方法的缺点是
(选填“不易测量力臂的大小”或“不便直接读出拉力的大小”);
②将弹簧测力计从a位置移动到b位置,如图己所示。在此过程中杠杆始终在水平位置平衡,弹簧测力计示数将 。(选填“变大”“不变”或“变小”)
(8)【生活实践】杆秤是利用杠杆平衡原理制成的测量物体质量的工具。如图庚所示,质量忽略不计的杆秤水平静止,O为支点,则被测物体的质量为 kg,若被测物体质量增大,应该调节秤砣悬挂点向 (选填“左”或“右”)移动才能使杆秤再次平衡。
【技法点拨】 1.杠杆偏转方向的判断:比较力和力臂的乘积,哪边大杠杆就向哪边偏转。
2.将一端钩码换成弹簧测力计的目的:
(1)能直接读出拉力的大小,实验操作更方便;
(2)可以改变拉力的方向。
【规避雷区】
易错点:不能正确判断杠杆的五要素
【易错题】 如图所示,在筷子盒A处施加向下的力时,筷子会从出口滚出。忽略筷子的压力,以下能正确表示按下A处时杠杆示意图的是( )
【纠错】
杠杆受二力平衡时,两个力的作用效果相反。若动力F1使杠杆顺时针转动,则阻力F2使杠杆逆时针转动,作用效果抵消。第十一章 简单机械
第一节 探究:杠杆的平衡条件
第1课时 杠杆及平衡条件
教材任务驱动
任务一 认识杠杆
1.定义:在力的作用下能绕着 固定点 转动的硬棒。
2.杠杆的五要素
图例
支点 杠杆绕着转动的 固定点 ,用“O”表示
动力 使杠杆转动的力,用“ F1 ”表示
阻力 阻碍 杠杆转动的力,用“F2”表示
动力臂 从支点到 动力作用线 的距离,用“l1”表示
阻力臂 从支点到 阻力作用线 的距离,用“l2”表示
【走进生活】
如图所示是人们垂钓时的情景,鱼竿可视为杠杆。想一想:支点在什么地方 动力和阻力分别是什么
答:支点在鱼竿末端左手位置
动力为右手对杠杆斜向上的力
阻力为鱼对鱼竿的拉力
任务二 探究杠杆的平衡条件
【探究准备】
1.杠杆的平衡状态:杠杆在动力和阻力作用下 静止 或绕支点匀速转动。
2.为了便于测量力臂,调节杠杆在 水平 位置平衡。
【探究过程】
【设计实验与制订计划】
1.实验器材的组装和选取
2.制订实验方案
分别改变支点两边悬挂钩码的 个数 和悬挂位置,探究杠杆平衡时 动力 、动力臂和阻力、 阻力臂 之间的关系。
【进行实验与收集证据】
1.实验操作:
(1)调节 平衡螺母 ,将没挂钩码的杠杆调节至 水平 位置平衡。
(2)改变悬挂的钩码个数(动力F1、阻力F2),移动其悬挂的位置,使杠杆仍在水平位置平衡,将数据填入表中。
2.实验数据:
实验 次数 动力 F1/N 动力臂 l1/cm 阻力 F2/N 阻力臂 l2/cm
1 0.5 20 1.0 10
2 1.5 10 1.0 15
3 2.0 10 1.0 20
【分析与论证】
杠杆的平衡条件是 动力×动力臂=阻力×阻力臂 ,用公式可表示为 F1l1=F2l2 。
【交流与评估】
1.多次改变钩码的数量及悬挂钩码的位置,目的是什么
答:获得多组数据,得出普遍性的结论,以避免实验结论的偶然性。
2.杠杆在支点处受到垂直向上的支持力,在总结规律时并没有考虑此力的原因是什么
答:支持力的作用线过支点,该力的力臂为0。
【温馨提示】→操作注意事项
1.调节杠杆使其在水平位置平衡的原则是“左偏右调、右偏左调”。
2.改变钩码的个数和悬挂的位置后,不能再通过调节平衡螺母来使杠杆在水平位置平衡。
3.挂钩码时,支点两侧只能存在两个悬挂点。
典题疑难突破
考点一力臂的画法
【典题1】(2024·盐城中考)如图所示,画出用起子撬图钉的动力F1的力臂l1。
答:
【技法点拨】 “四步法”画杠杆力臂
【变式】(2024·盘锦期末)图甲是一名中学生志愿者参加公益劳动的照片。该学生在用笤帚清扫落叶,以O为支点,作用在A点的动力为F1,在图乙中画出动力F1的力臂l1及作用在B点的阻力F2的示意图。
答:
考点二探究杠杆的平衡条件
【典题2】【一题式探究】小华组利用如图所示的装置来探究“杠杆的平衡条件”。
【实验装置】
(1)实验前,杠杆在支架上静止时如图甲所示,此时杠杆处于 平衡 (选填“平衡”或“非平衡”)状态;
(2)把质量分布均匀的杠杆中点O作为支点,其目的是消除 杠杆重力 对实验的影响;
【进行实验】
(3)在杠杆两侧挂上不同数量的钩码,第1、2次杠杆平衡时的数据已填入表格。图乙是第3次杠杆平衡时的情景,此次杠杆右侧的阻力和阻力臂的数据a为 1 ,b为 0.15 ;
实验次数 动力F1/N 动力臂l1/m 阻力F2/N 阻力臂l2/m
1 2.5 0.2 2 0.25
2 2 0.15 1.5 0.2
3 1.5 0.1 a b
(4)图乙中,若在两端各减去一个钩码,杠杆 不能 (选填“能”或“不能”)平衡,若左侧钩码不动,则应该将右侧的钩码向 右 移动 1 格,才能使杠杆重新平衡。
【实验延伸】
(5)如图丙所示,杠杆恰能保持静止。面对这样的实验现象,在接下来的探究步骤中,该小组面临的困难是 杠杆的力和力臂数目过多,不易得出结论 。
(6)小华同学提出,若支点不在杠杆的中点,杠杆的平衡条件是否仍然成立 于是该小组同学利用图丁所示的装置进行探究,在杠杆A点处挂上2个钩码(若每个钩码重0.5 N),以弹簧测力计的拉力为动力F1,钩码处绳子拉力为阻力F2,杠杆在水平位置平衡时F1l1 大于 (选填“大于”“等于”或“小于”)F2l2。
【创新实验】
(7)【装置改进】得出结论后,小华组改用弹簧测力计做实验:
①如图戊所示,使杠杆在水平位置平衡,此方法的缺点是 不易测量力臂的大小
(选填“不易测量力臂的大小”或“不便直接读出拉力的大小”);
②将弹簧测力计从a位置移动到b位置,如图己所示。在此过程中杠杆始终在水平位置平衡,弹簧测力计示数将 变大 。(选填“变大”“不变”或“变小”)
(8)【生活实践】杆秤是利用杠杆平衡原理制成的测量物体质量的工具。如图庚所示,质量忽略不计的杆秤水平静止,O为支点,则被测物体的质量为 0.4 kg,若被测物体质量增大,应该调节秤砣悬挂点向 右 (选填“左”或“右”)移动才能使杆秤再次平衡。
【技法点拨】 1.杠杆偏转方向的判断:比较力和力臂的乘积,哪边大杠杆就向哪边偏转。
2.将一端钩码换成弹簧测力计的目的:
(1)能直接读出拉力的大小,实验操作更方便;
(2)可以改变拉力的方向。
【规避雷区】
易错点:不能正确判断杠杆的五要素
【易错题】 如图所示,在筷子盒A处施加向下的力时,筷子会从出口滚出。忽略筷子的压力,以下能正确表示按下A处时杠杆示意图的是(A)
【纠错】
杠杆受二力平衡时,两个力的作用效果相反。若动力F1使杠杆顺时针转动,则阻力F2使杠杆逆时针转动,作用效果抵消。
课堂反馈,请使用“5分钟随堂练”P20
训练升级,请使用“课时过程性评价”P124
