科學探究杠桿的平衡條件

1、9.1 科學探究：杠桿的平衡條件古希臘科學家阿基米德曾經說過：“給我一個支點，我就能撬起地球?！卑⒒椎抡娴哪芮似鸬厍騿幔克玫氖鞘裁锤ぞ吣?？杠 桿杠桿及其五要素的名稱和概念杠桿的平衡條件及公式的應用杠桿的分類及其應用內 容 提 要怎樣正確理解力臂的概念？答：關于力臂的概念，要注意以下幾點：（1）力臂是支點到力的作用線的距離，從幾何學來看，是“點”到“直線”的距離。其中“點”為杠桿的支點；“線”是力的作用線，即通過力的作用點沿力的方向所畫的直線。需要引起注意的是：千萬不能把力臂理解為“支點到力的作用點的長度”。（2）作用在同一個點上的幾個力，若它們的方向不同，那么力臂一般不同（與杠桿對稱的兩

2、個力的力臂長短是相同的，畫一畫看看）。（3）若力的作用線通過支點，那么這個力的力臂就一定為零。如何快速判斷出生活中常見的杠桿是省力的還是費力的？答：人類發(fā)明各種杠桿應用于生活，其目的有三：省力、省距離和改變用力的方向。只是改變力的方向的杠桿通常是等臂杠桿，如天平、定滑輪等。從省力和省距離來分析可以簡單從下面的方法來判斷：若使用杠桿來完成的事人類依靠自己徒手就能完成（指力的大?。?，那么此時使用杠桿則是為了省距離，當然還有其他的目的，如衛(wèi)生、方便等。人們用來夾蛋糕的夾子就屬于費力杠桿取蛋糕這樣輕而易舉的事用手就可以完成，用夾子是為了衛(wèi)生，當然也就可以省距離；剪布匹的剪刀也是費力杠桿，因為撕開一塊布

3、，用手也足以完成，用剪刀是為了省距離，也可以將布剪得整齊。若僅僅依靠人的雙手的力量不足以完成，此時使用杠桿，那一定是為了省力。如用來拔鐵釘的羊角錘，用手是不可能將釘在木板上的鐵釘拔出來的，這時使用羊角錘這種杠桿，就是為了省力，從而使人用自己比較小的力就可以拔出鐵釘。你明白了嗎？在探究杠桿平衡條件實驗中，為什么要調節(jié)杠桿水平平衡？答：從平衡的定義來看，只要杠桿處于靜止狀態(tài)，它就處于平衡，那么有時就可能是一種歪斜的平衡，這種情況下，我們很難在實驗中測量出動力臂和阻力臂的長度來。當杠桿處于水平平衡時，作用在杠桿上的動力和阻力鉤碼的重力的方向恰好與杠桿垂直，這時力的力臂就可以從杠桿上的刻度直接讀出。因

4、此，調節(jié)杠桿的水平平衡是為了測量力臂。動力和阻力的方向之間有什么規(guī)律？答：從杠桿的平衡條件來分析，作用在杠桿上的動力和阻力的方向之間的關系是：動力和阻力使繞支點轉動的方向總是相反的。也就是說，如果在動力的作用下，杠桿繞支點順時針轉動，那么阻力的方向就一定是使杠桿繞支點逆時針轉動。利用這個規(guī)律就能準確地判斷出動力和阻力的方向來，不必死記硬背。如何判斷杠桿是否能保持水平平衡？答：根據杠桿的平衡原理，判斷杠桿是否能保持水平平衡只要看“動力和動力臂的乘積”與“阻力和阻力臂的乘積”是否相等。如果乘積相等，則杠桿平衡；若乘積不等，那么杠桿將向乘積大的一邊下傾。知 識 歸 類在最近的幾年中，杠桿也是中考的主

5、要內容之一，考試中其內容出現在選擇題、填空題、實驗探究題、作圖題和計算題等多種題型中?？疾榈淖钪饕问綖樘羁疹}和作圖題，結合日常生活中杠桿應用實例的實際情景中認識杠桿；結合日常生活中應用杠桿的實例，要求作出其五要素中的一個或兩個，主要是作用力和力臂。題型一：會確認并畫出杠桿的動力臂和阻力臂例1：如圖1甲所示，杠桿OA處于平衡狀態(tài)，在圖中分別畫出力F1和F2的力臂l1和l2。甲圖1點撥:再次提醒：畫力臂時必須注意力臂是“支點到力的作用線的距離”，而不是“支點到力的作用點的距離”。(如圖乙所示) 圖2例2：生產實際應用類： 如圖2甲所示的鋼絲鉗，其中A為剪鋼絲處，B為手的用力點，O為轉動軸（支點）

6、，圖乙為單側鉗柄及相連部分示意圖，請在圖乙中畫出剪鋼絲時的動力F1、阻力F2、動力l1、阻力臂l2 。點撥：動力作用在B點，方向豎直向下，阻力作用在A點，方向豎直向下。表示F1的線段應比表示F2的線段短一些，因為鋼絲鉗是省力杠桿。（如圖丙所示）例3：如圖3所示的杠桿中，動力的力臂用l表示，圖中所畫力臂正確的是（ ）圖3答：D題型二：有關杠桿平衡條件的實驗題和實際應用題例1 圖4在探究杠桿的平衡條件實驗中： 小軍將杠桿放在水平桌面上，發(fā)現杠桿左端下傾。那么他應將杠桿右端螺母向_ (填“左”或“右”)調節(jié)一些，使杠桿在 位置平衡。 實驗時只有8個相同的鉤碼，杠桿上畫有均勻的格子，當在A點掛4個鉤碼

7、如圖4所示，則怎樣掛鉤碼可以使杠桿在水平位置平衡？(請設計兩種方案) 答：_ _ _。點撥：解題的關鍵是依據杠桿的平衡條件，看左、右兩邊的力和力臂的乘積是否相等。若乘積相等，則杠桿平衡；若乘積不等，那么杠桿將向乘積大的一邊下傾。答：（1）右 （2）例：2個鉤碼掛在“6”處；3個鉤碼掛在“4”處等例2：下列工具中，屬于省力杠桿的是( )A夾郵票用的鑷子B理發(fā)師修剪頭發(fā)用的剪刀C剪鐵絲用的鋼絲鉗 D釣魚用的魚竿答：C例3：杠桿在我國古代就有了許多巧妙的應用。護城河上安裝使用的吊橋就是一個杠桿，由圖5可知它的支點是 點(填“A”、B”或“C”)，在勻速拉起時，它屬于一個_杠桿(填“省力”或“費力”)

8、，并在圖中畫出動力臂L1。圖7圖5 圖6答：C 省力 動力臂l1如圖6所示例4：如圖6所示，O為杠桿AC的支點，在O處掛一小球，為使杠桿在水平位置平衡，畫出施加在杠桿上最小動力F1的力臂L1，并畫出F1。點撥 由杠桿的平衡條件：F1l1=F2l2知，在阻力和阻力臂不變的情況下，要想用的動力最小，則要求動力臂最大。 動力臂最長的條件：作用在杠桿上的動力的作用點離支點最遠；動力的方向與支點跟作用點的連線垂直。圖7答：最小動力F1應在離支點最遠的C點，最長的動力臂應為OC，F1的方向應垂直于OC向上，如圖7所示。 圖8例5：工人剪鐵皮時，有時用兩根鐵管套在剪刀柄上（如圖8），這是什么道理？答：這樣可以增加動力臂的長度，從而更加省力。例6：在研究“杠桿的平衡條件”實驗中，有一組同學猜想杠桿的平衡條件可能是“動力動力臂阻力阻力臂”。他們經過實驗，獲得了下述數據：動力F1/N動力臂L1/cm阻力