2020-2021学年八年级物理下册-9.1-杠杆讲义北师大版.docx
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1、2020-2021学年八年级物理下册 9.1 杠杆讲义北师大版2020-2021学年八年级物理下册 9.1 杠杆讲义北师大版年级:姓名:269.1 杠杆一、目标要求目标要求重、难点1.了解:杠杆的基本概念2.会:画杠杆示意图;分析杠杆类型重点3.理解:杠杆平衡条件重点4.掌握:杠杆平衡条件实验探究重点5.认识:生活中常用杠杆二、知识点解析1.杠杆:在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒,这根硬棒就叫杠杆。(1)“硬棒”泛指有一定长度的,在外力作用下不变形的物体。(2)杠杆可以是直的,也可以是任何形状的。2.杠杆的五要素:(1)支点:杠杆绕着转动的固定点,用字母“O”表示。它可能在棒的某一端,也可能
2、在棒的中间,在杠杆转动时,支点是相对固定;(2)动力:使杠杆转动的力叫动力,用“F1”表示;(3)阻力:阻碍杠杆转动的力叫阻力,用“F2”表示;(4)动力臂:从支点到动力作用线的垂直距离,用“”表示;(5)阻力臂:从支点到阻力作用线的垂直距离,用“”表示。注意:无论动力还是阻力,都是作用在杠杆上的力,但这两个力的作用效果正好相反。一般情况下,把人施加给杠杆的力或使杠杆按照人的意愿转动的力叫做动力,而把阻碍杠杆按照需要方向转动的力叫阻力。力臂是点到线的距离,而不是支点到力的作用点的距离。力的作用线通过支点的,其力臂为零,对杠杆的转动不起作用。3.杠杆示意图的画法:(1)根据题意先确定支点O;(2
3、)确定动力和阻力并用虚线将其作用线延长;(3)从支点向力的作用线画垂线,并用l1和l2分别表示动力臂和阻力臂;第一步:先确定支点,即杠杆绕着某点转动,用字母“O”表示。第二步:确定动力和阻力。人的愿望是将石头翘起,则人应向下用力,画出此力即为动力用“F1”表示。这个力F1作用效果是使杠杆逆时针转动。而阻力的作用效果恰好与动力作用效果相反,在阻力的作用下杠杆应朝着顺时针方向转动,则阻力是石头施加给杠杆的,方向向下,用“F2”表示如图(2)所示。第三步:画出动力臂和阻力臂,将力的作用线正向或反向延长,由支点向力的作用线作垂线,并标明相应的“l1”“l2”,“l1”“l2”分别表示动力臂和阻力臂,如
4、图(3)所示。(1)(2)(3)4.杠杆的平衡条件(1)杠杆的平衡:当杠杆在动力和阻力的作用下静止时,我们就说杠杆平衡了。(2)杠杆的平衡条件实验图(4)图(5)1)首先调节杠杆两端的螺母,使杠杆在水平位置平衡。如图(5)所示,当杠杆在水平位置平衡时,这样就可以由杠杆上的刻度直接读出力臂实物大小了,而图(4)杠杆在倾斜位置平衡,读力臂的数值就没有图(5)方便。由此,只有杠杆在水平位置平衡时,我们才能够直接从杠杆上读出动力臂和阻力臂的大小,因此本实验要求杠杆在水平位置平衡。2)在实验过程中绝不能再调节螺母。因为实验过程中再调节平衡螺母,就会破坏原有的平衡。(3)杠杆的平衡条件:动力动力臂=阻力阻
5、力臂,或F1l1=F2l2。5.杠杆的应用(1)省力杠杆:动力臂l1阻力臂l2,则平衡时F1F2,这种杠杆使用时可省力(即用较小的动力就可以克服较大的阻力),但却费了距离(即动力作用点移动的距离大于阻力作用点移动的距离,并且比不使用杠杆,力直接作用在物体上移动的距离大)。(2)费力杠杆:动力臂l1阻力臂l2,则平衡时F1F2,这种杠杆叫做费力杠杆。使用费力杠杆时虽然费了力(动力大于阻力),但却省距离(可使动力作用点比阻力作用点少移动距离)。(3)等臂杠杆:动力臂l1=阻力臂l2,则平衡时F1=F2,这种杠杆叫做等臂杠杆。使用这种杠杆既不省力,也不费力,即不省距离也不费距离。既省力又省距离的杠杆
6、时不存在的。三、重点、难点与易错点重点一:杠杆及其应用1.定义:在力的作用下绕着固定点转动的硬棒叫杠杆。说明:杠杆可直可曲,形状任意。有些情况下,可将杠杆实际转一下,来帮助确定支点。如:鱼杆、铁锹。2.杠杆五要素组成杠杆示意图。支点:杠杆绕着转动的点。用字母O 表示。动力:使杠杆转动的力。用字母 F1表示。阻力:阻碍杠杆转动的力。用字母 F2表示。(说明: 动力、阻力都是杠杆的受力,所以作用点在杠杆上。动力、阻力的方向不一定相反,但它们使杠杆的转动的方向相反)动力臂:从支点到动力作用线的距离。用字母l1表示。阻力臂:从支点到阻力作用线的距离。用字母l2表示。3.画力臂方法:一找支点、二画线、三
7、连距离、四标签。找支点O;延长力的作用线(虚线);画力臂(实线双箭头,过支点垂直于力的作用线作垂线);标力臂4.研究杠杆的平衡条件实验前:应调节杠杆两端的螺母,使杠杆在水平位置平衡。这样做的目的是:可以方便的从杠杆上量出力臂。结论:杠杆的平衡条件(或杠杆原理)是:动力动力臂=阻力阻力臂。写成公式F1l1=F2l2也可写成:F1/F2=l2/l1。解题指导:分析解决有关杠杆平衡条件问题,必须要画出杠杆示意图;弄清受力与方向和力臂大小;然后根据具体的情况具体分析,确定如何使用平衡条件解决有关问题。(如:杠杆转动时施加的动力如何变化,沿什么方向施力最小等。)5.解决杠杆平衡时动力最小问题:此类问题中
8、阻力阻力臂为一定值,要使动力最小,必须使动力臂最大,要使动力臂最大需要做到在杠杆上找一点,使这点到支点的距离最远;动力方向应该是过该点且和该连线垂直的方向。四、考查方向1.杠杆分类典例一:(2020南京)图中正在使用的机械,属于费力杠杆的有()。ABCD【答案】A。【解析】羊角锤、核桃夹在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;钓鱼竿、筷子在使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆;故选:A。2.杠杆平衡条件及应用典例二:(2020济南)如图所示衣架的挂钩两侧等距离安装着四个夹子。将三条相同的毛巾按下图各种挂法晾晒在室外的铁丝上,能让衣架在水平方向保持平衡的是()。ABCD【答案】B。【解析
9、】设一块毛巾重力为G,每个小格的长度为L,A、左侧力与力臂的乘积为2G2L4GL,右侧力与力臂的乘积为GLGL,左侧右侧,故A错误;B、左侧力与力臂的乘积为2GL2GL,右侧力与力臂的乘积为G2L2GL,左侧右侧,故B正确;C、左侧力与力臂的乘积为2GL2GL,右侧力与力臂的乘积为GLGL,左侧右侧,故C错误;D、左侧力与力臂的乘积为2G2L4GL,右侧力与力臂的乘积为G2L2GL,左侧右侧,故D错误;故选:B。3.杠杆平衡条件实验典例三:(2020十堰)如图是小明“探究杠杆平衡条件”的实验:(1)在水平静止的杠杆上A、B处,挂5个质量均为50g的钩码,如图甲所示,杠杆平衡。他猜想杠杆的平衡条
10、件是:动力动力臂阻力阻力臂;(2)改变钩码数量与位置,数据记录如下表,分析表中数据,杠杆平衡条件应为。实验次数左侧钩码数(个)左侧钩码距离支点O(格)右侧钩码数(个)右侧钩码距离支点O(格)123322163232634(3)某次实验如图乙,使杠杆恢复水平平衡的最简单操作是。(4)图丙是小明验证结论的实验,E点弹簧测力计示数是N(g取10N/kg)。【答案】(2)F1l1F2l2;(3)左侧钩码向左移动一个小格;(4)1。【解析】(2)设每个钩码重G,每个小格长为L,实验1:2G3L3G2L,实验2:G6L3G2L,实验3:2G6L3G4L,杠杆平衡调节:F1l1F2l2。(3)杠杆左端:G3
11、L3GL,杠杆右端:2G2L4GL,所以杠杆的左端下沉,要使杠杆水平位置平衡,2G2LGnL,所以n4(格),使杠杆恢复水平平衡的最简单操作是左侧钩码向左移动一个小格。(4)根据杠杆的平衡条件可得E点弹簧测力计示数:F5L5G2L,解得:F2G2mg20.05kg10N/kg1N。故答案为:(2)F1l1F2l2;(3)左侧钩码向左移动一个小格;(4)1。4.杠杆作图典例四:(2020恩施州)工人用扳手拧一个螺栓。无论怎么使劲拉扳手柄的上端,都没能成功,如图甲所示。于是他想出了一个新点子:在其它条件不变的情况下,取来一根绳子,将绳的一端拴在扳手柄的上端,再次使出浑身力气拉绳的另一端,如图乙所示
12、。可还是没能扳动螺栓,这是为什么呢?请完成:(1)在丙图的示意图中,螺栓中心为支点,画出绳端拉力的力臂;(2)简要说明用绳也拉不动的原因。【答案】(1)如图所示;(2)图乙和图甲比较,其它条件没变,只是用了一条长绳子,所以所用拉力不变,改变的是工人施力的作用点,但动力臂大小几乎不变,因为阻力和阻力臂不变,根据杠杆的平衡条件得出两种方法需要用的力几乎一样,所以用绳也拉不动螺栓。【解析】(1)在丙图中,螺栓中心为支点O,反向延长画出力F的作用线,从支点O画出力F作用线的垂线,可得绳端拉力的力臂L,如图所示:(2)图乙和图甲比较,其它条件没变,只是用了一条长绳子,所以所用拉力不变,改变的是工人施力的
13、作用点,但动力臂大小几乎不变,因为阻力和阻力臂不变,根据杠杆的平衡条件得出两种方法需要用的力几乎一样,所以用绳也拉不动。故答案为:(1)如图所示;(2)图乙和图甲比较,其它条件没变,只是用了一条长绳子,所以所用拉力不变,改变的是工人施力的作用点,但动力臂大小几乎不变,因为阻力和阻力臂不变,根据杠杆的平衡条件得出两种方法需要用的力几乎一样,所以用绳也拉不动螺栓。五、模拟训练一、基础练习1.图中杠杆受力F,图中能表示力F力臂的是()。AOA段BOB段COC段DAB段【答案】C。【解析】由图可知,力的作用线为F,而OC与力F作用线垂直,此时支点O到垂足之间的距离OC为力F的力臂。故选C。2.如图所示
14、的工具在正常使用时,属于省力杠杆的是()。A撬棒 B筷子C食品夹 D天平【答案】A。【解析】A、撬棒在使用过程中,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆,故A正确;B、筷子在使用时,动力臂小于阻力臂,属于费力杠杆,故B错误;C、食品夹在使用时,动力臂小于阻力臂,属于费力杠杆,故C错误;D、天平在使用时,动力臂等于阻力臂,属于等臂杠杆,故D错误。故选A。3.如图所示杠杆中,动力F的力臂是()。AOABOCCACDOB【答案】A。【解析】力臂是指从支点到力的作用线的距离,由图可知,动力F的作用线沿BA方向,则动力F的力臂是线段OA。故选A。4.下列关于杠杆的说法中正确的是()。A杠杆必须是一根直棒;B杠杆
15、一定要有支点;C力臂必须在杠杆上;D力臂就是力的作用点到支点的距离【答案】B。【解析】A、杠杆可以是直的,也可以是弯曲的,故A错误;B、杠杆的五要素之一就是支点,故B正确;CD、力臂是从支点到力的作用线的距离,简单地说,就是“点到线”的距离,而不是“点”到“点”的距离力臂不一定是杠杆的长度,也不一定在杠杆上,故CD错误。故选B。5.如图所示,手持弹簧测力计竖直向上拉,使杠杆处于水平平衡状态,弹簧测力计的示数是5 N,OA=80 cm,AB=20 cm,则物体的重是()。A20 NB4 NC1.25 ND条件不足,无法判断【答案】B。【解析】由题知,OB=OA+AB=80 cm+20 cm=10
16、0 cm,杠杆处于水平平衡,FOA=GOB,。故选B。6.如图所示,一根直硬棒被细绳系在O点吊起A处挂一实心金属块甲,B处挂一石块乙时恰好能使硬棒在水平位置平衡不计硬棒与悬挂的细绳质量,下列推断合理的是()。A甲的质量和密度都比乙大;BO点绳子拉力一定等于甲、乙重力之和;C如果甲浸没在水中,硬棒会逆时针转动;D如果甲浸没在水中,要使硬棒水平平衡,可将乙向右移动【答案】B。【解析】A.根据杠杆的平衡条件知,OAOB,所以FAFB,而两个拉力等于物体的重,且重与质量成正比,所以甲的质量比乙小,没有体积关系,不能比较密度的大小,故A错误;B.图中杠杆保持静止,受力平衡,所以O点绳子向上的拉力一定等于
17、甲、乙重力之和,故B正确;C.如果甲浸没在水中,受到浮力的作用,FA会减小,硬棒会顺时针转动,故C错误;D.如果甲浸没在水中,受到浮力的作用,FA会减小,LA不变,FB不变,根据杠杆平衡条件得,要使硬棒水平平衡,LB应减小,即可将乙向左移动,故D错误;故选B。7.如图,O是杠杆的支点,为了提高重物,用一个跟杠杆始终保持垂直的力,使杠杆由竖直位置缓慢转动到水平位置,在这个过程中,则()。A杠杆始终是省力的B杠杆始终是费力的C杠杆始终是等力的D以上说法都不对【答案】D。【解析】由于动力F始终与杠杆垂直,则动力F的力臂始终保持不变,物体的重力G始终大小不变;在杠杆从竖直位置向水平位置转动的过程中,重
18、力的力臂从零逐渐增大;当L2L1时,杠杆为费力杠杆,因此杠杆先是省力的,后是费力的。故选D。8.如图所示,用手托起重物时,肱二头肌收缩带动前臂向上弯曲,前臂可以看作是杠杆(选填“省力”、“费力”或“等臂”),此杠杆的支点是图中的C点,假如托起6 N的重物,请你根据图中所示,估算出手臂要用的动力大约是N。【答案】费力;36。【解析】杠杆支点在C点,作出杠杆所受的力及对应的力臂,如图,由图知,动力臂小于阻力臂,根据杠杆平衡条件,动力大于阻力,为费力杠杆;由图知,阻力臂大约为动力臂的6倍,根据杠杆平衡条件:。9.如图所示,AOB为机械设备的简化示意图,我们可以把它看成杠杆(自重不计),已知AO=2O
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