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中物理
第十二章
簡單機(jī)械
12.1
杠桿
2021年春人教版物理八年級(jí)下冊(cè)
人類很早以前就學(xué)會(huì)使用杠桿了.壯麗輝煌的咸陽宮曾蔚然矗立于八百里秦川。司馬遷在《史記》中有關(guān)于這座宮殿的描述。上圖就是我們的祖先在建造宮殿時(shí)的情景。他們是怎么利用木棒搬動(dòng)巨大木料的？
觀察思考
為了方便研究，人們將機(jī)械的各種構(gòu)件歸并為杠桿、滑輪、輪軸、斜面、螺旋等，并把它們稱為簡單機(jī)械。
人的力量是有限的，但是人的智慧是無窮的。人們?cè)趧趧?dòng)中經(jīng)常使用各種機(jī)械，使工作更省力、更方便。有的機(jī)械很簡單，例如，鉗子、扳手、螺絲刀等等；有的機(jī)械比較復(fù)雜，例如，縫紉機(jī)、車床、收割機(jī)等等。
2
一、杠桿
當(dāng)你用筷子夾菜、用剪刀剪紙、用天平稱量時(shí)，他們有什么共同點(diǎn)？
1.受力的作用
2.繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)
3.比較堅(jiān)硬
共同特征
想想議議
1.概念：一根硬棒在力的作用下能夠繞著固定點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)，這根硬棒就是杠桿。
用木棍撬石頭，撬棍就是杠桿。
杠桿是一種常用的簡單機(jī)械，由五個(gè)要素組成:
(1)支
點(diǎn)(O)：杠桿繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn).
(2)動(dòng)
力(F1)：促使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力.
(3)阻
力(F2)：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力.
(4)動(dòng)力臂(l1)：從支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離.
(5)阻力臂(l2)：從支點(diǎn)到阻力作用線的距離.
杠桿
F1
F2
l1
o
l2
2.杠桿概念的理解：
(1)作為杠桿的物體可以是直的，也可以是彎的。即杠桿可以是各種各樣的形狀。
(3)力臂不一定在杠桿上，當(dāng)力的作用線不垂直于杠桿時(shí)，力臂與杠桿不重合。力臂包含了力的作用點(diǎn)和力的方向兩個(gè)要素
(2)支點(diǎn)一定在杠桿上，動(dòng)力和阻力可以在支點(diǎn)兩側(cè)，也可在支點(diǎn)同側(cè)。作用在杠桿上的動(dòng)力和阻力是相對(duì)而言的，動(dòng)力和阻力使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的方向一定是相反的，但動(dòng)力和阻力的方向不一定相反。
(1)一找點(diǎn)：先確定杠桿的支點(diǎn)Ｏ和動(dòng)力、阻力的方向。
(2)二畫線：畫出動(dòng)力和阻力的作用線，必要時(shí)用虛線將力的作用線延長．
(3)三作垂線段：從支點(diǎn)向作用線作垂線，
垂線段即為動(dòng)力臂或阻力臂．
(4)四用括號(hào)來體現(xiàn)：最后用大括號(hào)或箭頭
勾出力臂，并在旁邊寫上字母l1或l2.
3.力臂的畫法
二、杠桿的平衡條件
1.杠桿的平衡：當(dāng)杠桿在動(dòng)力和阻力的作用下靜止時(shí)，或作緩慢地勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，我們說杠桿平衡了。
觀察
杠桿平衡
(1)(a)圖是一個(gè)平衡的杠桿，移動(dòng)一邊鉤碼的懸掛點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？
(2)如(b)圖所示，用帶桿的滑輪向左或向右推動(dòng)右邊掛鉤碼的懸線，改變作用力的方向，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？為什么會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象？
結(jié)論：杠桿平衡不僅與動(dòng)力和阻力的大小有關(guān)，還與力的作用點(diǎn)及方向有關(guān)。
杠桿的平衡條件
提出問題：杠桿在滿足什么條件時(shí)才會(huì)平衡？
我覺得通過改變裝置兩邊的鉤碼的位置和個(gè)數(shù),使杠桿保持平衡,就可以探究杠桿的平衡條件了.
對(duì)!那杠桿兩邊的螺絲是起什么作用的？
一定是開始不掛鉤碼時(shí)，用來調(diào)節(jié)杠桿平衡的吧。
實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)探究
杠桿、鉤碼、彈簧測力計(jì)、鐵架臺(tái)
實(shí)驗(yàn)器材:
測量的物理量:
動(dòng)力F1、阻力F2、動(dòng)力臂L1、阻力臂L2
(1)調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿在水平平位置平衡。
(怎么調(diào)？調(diào)到水平平衡的目的是什么？)
實(shí)驗(yàn)步驟：
①哪端高，就把平衡螺母向哪端調(diào)節(jié)，或者杠桿向哪邊偏，就把平衡螺母向反方向調(diào)節(jié)
②使杠桿在水平位置平衡的原因有兩個(gè)：一是消除杠桿自身重力對(duì)杠桿平衡的影響；二是可直接從杠桿上讀出力臂的大小
(3)
把支點(diǎn)左邊的鉤碼重當(dāng)作動(dòng)力F1，支點(diǎn)右邊的鉤碼重當(dāng)作阻力F2，讀出動(dòng)力臂L1和阻力臂L2,將各數(shù)值填入表格中。
(2)
在杠桿兩邊掛上不同數(shù)量的鉤碼，調(diào)節(jié)位置，使杠桿重新平衡。（此時(shí)可以調(diào)平衡螺母嗎？）
此時(shí)不能再調(diào)平衡螺母
(4)
改變鉤碼的個(gè)數(shù)，再做三次，將結(jié)果填入表中。
（為什么要多次實(shí)驗(yàn)?）
避免偶然性，找出普遍規(guī)律
把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表格：
(5)求出各次實(shí)驗(yàn)中,動(dòng)力×動(dòng)力臂與阻力×阻力臂的值,并加以比較.
分析論證、得出杠桿的平衡條件是：
F1·L1=F2·L2
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
動(dòng)力×動(dòng)力臂＝阻力×阻力臂
即：
例題：據(jù)《杭州日?qǐng)?bào)》報(bào)道，2001年6月22日，在杭州動(dòng)物園內(nèi)，一位物理老師利用杠桿原理，僅用小小的彈簧測力計(jì)就測出了一頭大象的質(zhì)量（如圖所示）。測量時(shí)利用了一根長度為12m的槽鋼作為杠桿。如圖乙所示，吊鉤固定于槽鋼的中點(diǎn)O。當(dāng)槽鋼水平靜止時(shí)，彈簧測力計(jì)示數(shù)F1為200N。測得L1為6m，L2為4cm。若不計(jì)鐵籠的質(zhì)量，請(qǐng)估算大象的質(zhì)量。g取10N/kg。
解：如圖所示：F1=200N，l1=6m，l2=4cm＝0.04m
O
l1＝6m
l2＝4cm
F1＝200N
F2=？
由杠桿平衡條件F1L1＝F2L2可得：
=
F1L1
L2
=
200
N×6
m
0.04
m
=3×104
N
F2
大象所受的重力:G2=F2=3×104
N
大象的質(zhì)量為：
m
=
G
g
=
10
N/kg
3×104
N
=3×103
kg
=
3t
古代舂米
古代打水
我國古代對(duì)杠桿的應(yīng)用
三、生活中的杠桿
我們身邊有很多杠桿。例如，蹺蹺板、羊角錘、船槳、各種剪刀，觀察這些杠桿，它們的動(dòng)力臂和阻力臂有什么關(guān)系？
羊角錘
瓶蓋起子
釣魚竿
觀察思考
1.省力杠桿
(1)示意圖：如圖所示
(2)特點(diǎn)：動(dòng)力臂______阻力臂，平衡時(shí)動(dòng)力______阻力。用較小的動(dòng)力就可以克服較大的阻力。（L1>L2，
F1大于
小于
(3)常見的省力杠桿：瓶蓋起子、羊角錘起釘子、獨(dú)輪車、鉗子等。
2.費(fèi)力杠桿
(1)示意圖：如圖所示
(2)特點(diǎn)：動(dòng)力臂______阻力臂，平衡時(shí)動(dòng)力______阻力。動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)較小的距離就可以使阻力作用點(diǎn)移動(dòng)較大的距離。（L1F1
>F2）
大于
小于
(3)常見的費(fèi)力杠桿：鑷子、縫紉機(jī)腳踏板、釣魚竿、筷子夾菜、皮劃艇的槳、掃帚掃地等。
3.等臂杠桿
(1)示意圖：如圖所示
(2)特點(diǎn)：動(dòng)力臂______阻力臂，平衡時(shí)動(dòng)力______阻力。這樣的杠桿既不省力也不費(fèi)力。（L1=L2，
F1=F2）
等于
等于
(3)常見的等臂杠桿：天平、定滑輪。
本堂重點(diǎn)：通過實(shí)驗(yàn)探究杠桿的平衡條件,知道杠桿分類及應(yīng)用。
本堂難點(diǎn)：會(huì)畫杠桿的示意圖。
課堂小結(jié)
A
1，下列工具中，在使用時(shí)可以省距離的是(　　)
課堂練習(xí)
2，如圖是同學(xué)們常用的燕尾夾，AB＝BC，當(dāng)用力摁住C點(diǎn)打開該夾子時(shí)，可把________點(diǎn)看成支點(diǎn)，此時(shí)夾子可近似看成________(填“省力”“費(fèi)力”或“等臂”)杠桿。
等臂
B
3.如圖所示硬棒OB能繞支點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)，A處用繩子拉住固定在墻壁上。請(qǐng)畫出拉力F的力臂(用l表示)。
答圖：
4.如圖所示，輕質(zhì)杠桿的A點(diǎn)掛一重物G，繩對(duì)杠桿的拉力為F2，O為杠桿的支點(diǎn)。請(qǐng)?jiān)诟軛U的端點(diǎn)B處畫出使杠桿保持靜止的最小的力F1的示意圖，并作出F2的力臂l2。
答圖：

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