探究杠杆的平衡条件-粤教沪科版物理八年级下

1、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

2、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

3、）猜想与假设：假设1：假设2：假设3：假设4：F1+L1=F2+L2F1L1=F2L2F1/L1=F2/L2F1 L1=F2 L22. 杠杆的平衡条件还有其他假设吗？F12+L12=F22+L22F13+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： 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。 在杠杆两边挂上不同数量的钩码，调节

4、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。F2F1L2L1 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/m12320.1530.150.08100.04100.150.2 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12320.1530.150.08100.04100.150.20.30.30.40.411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

5、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 L2F2 L1动力 阻力臂阻力 动力臂或F1 L2F2 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

6、 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

7、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： F1L1=F2L2 若L1L2，则 F1F2。 此杠杆为省力杠杆。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： F1L1=F2L2 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： F1L1=F2L2 若L1=L2，则

8、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L1O动力臂L1阻力臂L2F1F2 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

9、，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：L1L2，动力小于阻力特点：省力，但费距离。应用：羊角锤 费力杠杆：L1L2，动力大于阻力特点：费力，但省距离。应用：钓鱼竿 等臂杠杆：L1L2 ，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

10、”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。F1F2L1L2 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。F1OL1L2F2 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