第十一章 简单机械和功
一、杠杆
认识杠杆
认识杠杆
“给我一个支点,我可以撬动整个地球。”
——阿基米德
让我想一想?
思考:杠杆有什么共同特征
有力的作用
绕固定点转动
硬棒
一根硬棒,在力的作用下,能绕 着一个固定的点转动。
杠杆:
认识杠杆
一.杠杆
杠杆的五个要素:
支点O
动力F1
阻力F2
动力臂L1
阻力臂L2
F1
F2
O
L1
L2
O
O
O
F1
F1
F1
F2
F2
F2
O
L1
L2
支点
动力
阻力
动力臂
阻力臂
F2
重点1:怎样画杠杆的力臂
F1
O
L1
L2
F3
F2
L3
画杠杆力臂的方法:
一找支点 二画线(力的作用线)三定距离(力臂的长)
力臂是从支点到力的作用线的垂直距离。
杠杆示意图的作法
O
l1
F1
l2
F2
1.找支点
2. 作力的作用线
3. 作力臂
杠杆示意图的作法
l1
F1
l2
F2
O
杠杆示意图的作法
l1
F1
l2
F2
O
讨论
你认为关于简单机械最重要的物理规律是什么
?
二.杠杆的平衡条件(重点)
杠杆的平衡条件是
F1L1=F2L2
探究杠杆的平衡条件
物体的平衡状态
杠杆的平衡状态
保持匀速直线运动
保持静止
保持匀速转动
保持静止
探究杠杆的平衡条件
猜想:
杠杆的平衡可能与哪些因素有关?
杠杆的平衡条件
物体的平衡条件
受平衡力作用
只与力的三要素有关
?
A
B
实验设计
杠杆、钩码、弹簧测力计、铁架台
探究杠杆的平衡条件
器材:
测量的物理量:
力
力臂
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?
讨论:
实验时,使杠杆在水平位置平衡,便于在杠杆上直接读出力臂的大小。
探究杠杆的平衡条件
实验步骤:
1.调节杠杆两端的螺母使杠杆在水平位置平衡
2.课本77
3.改变钩码数量或位置,重复上面的步骤,得出三组数据。控制变量法
实验次数 F1/N L1/格 F2/N L2/格
1 2 4 4 2
2 3 2 2 3
杠杆平衡条件:
探究杠杆的平衡条件
F1+ L1 F2+ L2
2+4 4+2
3+2 2+3
3 4 1 2 2
F1×L1
(N·格) F2×L2 (N·格)
8 8
6 6
4 4
动力×动力臂=阻力×阻力臂
F1L1=F2L2
在“研究杠杆的平衡条件”实验中:
①实验前要调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在____位置平衡,这样做是 为了______________________________.若发现杠杆左端低、右端高,这 时应将两端的螺母都向__移.
②杠杆的支点通过杠杆的重心,这样做的目的是________________________________________________。
③实验中,我们是根据测得的数据,通过计算___________________________才归纳出杠杆的平衡条件是_________________________________________。
从杠杆上方便地读出或测量出力臂
右
水平
使重力作用线通过支点,力臂为0 ,不影响杠杆平衡条件
动力×动力臂和阻力×阻力臂
动力 ×动力臂=阻力×阻力臂(F1L1=F2L2 )
O
l1=9m
l2=7cm
F1=200N
F2
杠杆的平衡条件应用
例题:
由F1l1=F2l2 得:
解:
F2
=
F1 l1
l2
=
200N×9m
0.07m
=2.57×104N
m
=
F2
g
=
10N·kg—1
2.57×104N
=2.57×103kg = 2.57t
例1:在已平衡的杠杆两边分别挂上不同数量的钩码(每个质量相等),杠杆仍然平衡,如图,则:
⑴左右力臂L1:L2=______?
·
L1
L2
⑵在两边钩码下同时加挂一个同样的钩码,杠杆____(填“能或不能”)平衡? _____边下降?
例1:在已平衡的杠杆两边分别挂上不同数量的钩码(每个质量相等),杠杆仍然平衡,如图,则:
⑶若使杠杆再次平衡,可在 ___边的钩码下再挂 ___ 个钩码?
·
例1:在已平衡的杠杆两边分别挂上不同数量的钩码(每个质量相等),杠杆仍然平衡,如图,则:
·
⑷若使再次平衡的杠杆两边同时去掉一个钩码,则 ___ 边将下降,
-----“极端判断法”
例1:在已平衡的杠杆两边分别挂上不同数量的钩码(每个质量相等),杠杆仍然平衡,如图,则:
·
(5)利用本装置探究杠杆平衡条件时需要记录多组数据,这样做的目的是在于_______________。
杠杆的分类
请对下列器具应用的杠杆进行分类:
等臂杠杆
费力杠杆
费力杠杆
省力杠杆
费力杠杆
杠杆的分类
请对下列器具应用的杠杆进行分类:
省力杠杆
费力杠杆
费力杠杆
费力杠杆
省力杠杆
费力杠杆
杠杆的分类
杠杆平衡条件:
F1l1=F2l2
F1
F2
=
l2
l1
三类杠杆:
若l1>l2,则F1 F2
若l1= l2,则F1 F2
若l1<l2,则F1 F2
>
=
<
省力杠杆
等臂杠杆
费力杠杆
小结:
判断杠杆的类型,实际就是比较动力臂和阻力臂的大小
F1
F2
动力臂L1
阻力臂L2
O
由 F1L1=F2L2
∵L1 〉L2
∴F1〈 F2
这是省力杠杆
省力杠杆
h
S=4h
O
F2
F1
A
B
F2
F1
A’
B’
省力,费距离
省力杠杆的特点
举例生活中省力标杆(4种以上)?
省力杠杆
F2
F1
动力臂L1
阻力臂L2
O
由 F1L1=F2L2
∵L1 〈 L2
∴F1 〉 F2
这是费力杠杆
费力杠杆
F2
F1
S=h/4
h
A’
B’
A
B
F2
F1
O
费力,省距离
费力杠杆的特点
举例?
费力杠杆
F2
F1
动力臂L1
阻力臂L2
O
由 F1L1=F2L2
∵L1 = L2
∴F1 = F2
这是等臂杠杆
不省力,也不省距离
等臂杠杆的特点
举例?
省力杠杆 费力杠杆 等臂杠杆
概念 动力臂大于阻力臂的杠杆 动力臂小于阻力臂的杠杆 动力臂等于阻力臂的杠杆
特点 省了力,但费了距离 费了力,但省了距离 既不省力也不费距离
实例 撬棒、铡刀、瓶起子、 镊子、理发剪刀
筷子、钓鱼竿 天平
1.图中的铡刀、瓶盖起子、手推车、铁锨都属于杠杆,其中费力杠杆是( D )
在下列工具中省力的是哪一组( )
A. 铡刀、汽车上的刹车闸、羊角锤起钉子;
B. 镊子、钓鱼杆、剪子;
C. 铡刀、天平、钓鱼杆;
D. 镊子、汽车上的刹车闸、钓鱼杆。
练习一
A
B
C
D
A
练习二
下列说法中哪些是正确的( )
A. 使用杠杆一定会省力;
B. 省力杠杆的动力臂一定小于阻力臂;
C. 动力臂是支点到动力作用点的距离;
D. 等臂杠杆不省力也不省距离。
B
C
D
图中的等臂杠杆处于水平位置并静止,B端绳子的拉力F与A端重力G相比( )
A. F=G;
B. F〈 G;
C. F 〉G;
D. 无法比较。
练习三
提示
A
O
B
F
G
A
B
C
D
图中的等臂杠杆处于水平位置并静止,B端绳子的拉力F与A端重力G相比( )
A. F=G;
B. F〈 G;
C. F 〉G;
D. 无法比较。
练习三
L2
L1
A
B
C
D
A
O
B
F
G
先画出力臂,
再进行判断
2、下列杠杆中,哪一个与其它三个
不属于同类? ( )
A、正在撬道钉的道钉撬
B、正在拔铁钉的羊角锤
C、正在起瓶盖的起子
D、正在掀土的铁锨。
练习:
D
1、人体的前臂可视作 (填“省力”或“费力”)杠杆,当曲肘将重物举起时,阻力臂大小将 (填“增大”或“减小”)
O
费力
减小
3、一根直杆可绕轴O转动,在直杆的中点挂一重物,在杆的另一端施加一个方向始终保持水平的力,如图示,在力F使直杆从竖直位置慢慢抬起到水平位置的过程中,力F大小的变化情况应是( )
A、一直在增大 B、一直在减小 C、先增大后减小 D、先减小后增大
A
L1
L2
1、找出杠杆的五要素;
2、判断动力臂L1、阻力臂L2的变化情况;
3、由杠杆平衡条件( F1L1=F2L2 )进行分析。
分析:
4、如图,O是杠杆的支点,为了提高重物G,用与杠杆始终垂直的力F使杠杆由竖直位置缓慢转到水平位置,在这个过程中 ( )
A、杠杆始终是省力的;
B、杠杆始终是费力的;
C、杠杆先是省力的,后是费力的;
D、杠杆先是费力的后是省力的。
C
F
L1
分析:
∵F始终垂直杠杆,∴L1保持 ; 杠杆在缓慢提升过程中,L2逐渐 ; 开始时,L1>L2,是 ; 最终状态,L1<L2,是 。
不变
增大
省力杠杆
费力杠杆
L2
5.(江苏)如图所示的工具中,使用时属于费力杠杆的是 ( )
课堂练习
6.如图所示是脚踩式垃圾箱的示意图,下列说法中正确的是 ( )
A.两杠杆均为省力杠杆
B.两杠杆均为费力杠杆
C.ABC为省力杠杆
D.A'B’C’为省力杠杆
C
课堂练习
例2: 如图所示杠杆,在A端施一个始终与杠杆垂直的力F,当杠杆由如图实线位置匀速转动到虚线位置时,F大小的变化情况是( )
A.大小不变
B.由小变大
C.先变大后变小
D.先变小后变大
G
O
G
O
L2
G
L2’
例2: 如图所示杠杆,在A端施一个始终与杠杆垂直的力F,当杠杆由如图实线位置匀速转动到虚线位置时,F大小的变化情况是( )
A.大小不变
B.由小变大
C.先变大后变小
D.先变小后变大
例2: 如图所示杠杆,在A端施一个始终与杠杆垂直的力F,当杠杆由如图实线位置匀速转动到虚线位置时,F大小的变化情况是( )
A.大小不变
B.由小变大
C.先变大后变小
D.先变小后变大
G
G
O
L2’
练习:
1、用剪刀剪叠得较厚的纸片时,用刀口中部比用刀口头部去剪容易把纸剪断,这是因为( )
A、增加了动力
B、增加了动力臂
C、减少了动力
D、减少了阻力臂
D
生活·物理·社会
生活中的剪刀
思考:什么情况下,人们会选用费力杠杆?
使用费力杠杆有什么好处?
当阻力比较小时,人们会选用费力杠杆。使用费力杠杆会省距离,很方便。
课时训练
1.如图6-1-13所示是自卸车的示意图,车厢部分可视为杠杆,则下列分析正确的是 ( )
A.B点是支点,液压杆施加的力是动力,货物重力是阻力
B.B点是支点,物体A放在车厢前部可省力
C.C点是支点,物体A放在车厢后部可省力
D.C点是支点,物体A放在车厢前部可省力
C
图6-1-13
课时训练
3.如图6-1-16所示,杠杆处于平衡状态,若在两边的钩码下面,再各挂一个同样的钩码, 则 ( )
A.杠杆仍保持平衡 B.杠杆B端下降
C.杠杆A端下降 D.无法判断
图6-1-16
B
课时训练
4.一杠杆在阻力F1与动力F2作用下平衡.如图6-1-17所示,若F1和 F2大小及方向均保持不变,将它们的作用点向支点移动相同的距离,则 ( )
A.杠杆仍保持平衡 B.杠杆向右倾斜
C.杠杆向左倾斜 D.不能确定
图6-1-17
B
课时训练
5.做“研究杠杆平衡条件”实验前,发现杠杆左端低于右端,应将杠杆左端的螺母向_ _移动,右端的螺母向__移动,才能使杠杆在水平位 置平衡,当在A处挂2个钩码后(见图6-1-23),欲使杠杆平衡,应在B处挂 _ _个钩码;若拿掉B处钩码,改在C处用弹簧测力计沿_______ 方向拉,当弹簧测力计示数为___ _N才能使杠杆平衡.(所有钩码 质量均匀50 g)
图6-1-23
右
右
4
竖直向上
2.94
怎么分呀?
哈哈……
我知道!
O
G1
G2
l1
l2
∴G1<G2
即G1×l1 =G2×l2
又∵l1>l2
∵F1×l1 =F2×l2