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沪教版 八年级第二学期物理
4.1.1 简单机械-杠杆
第四章 机械和功
为了方便研究，人们将机械的各种构件归并为杠杆、滑轮、轮轴、斜面、螺旋等，并把它们称为简单机械。
人的力量是有限的，但是人的智慧是无穷的。人们在劳动中经常使用各种机械，使工作更省力、更方便。有的机械很简单，例如，钳子、扳手、螺丝刀等等；有的机械比较复杂，例如，缝纫机、车床、收割机等等。
情景引入：观察
人类很早以前就学会使用杠杆了。丽辉煌的咸阳宫曾蔚然矗立于八百里秦川。司马迁在《史记》中有关于这座宫殿的描述。下图就是我们的祖先在建造宫殿时的情景。你能讲出其中的道理吗？
情景引入：思考
①古代人们使用的一些工具
捣谷的舂（chōng）
汲水的桔槔（ jié gāo ）
中国传统的杆秤
一、杠杆
②现代生活中常使用的一些工具
这些工具在使用时，有什么共同特点
共同特征
有力的作用
绕固定点转动
硬棒
想一想
③杠杆的概念
杠杆： 在力的作用下，能绕固定点转动的硬棒，叫做杠杆。
F1
F2
力F1
力F2
相当于
两个杠杆
注意:
“硬棒” 是指在力的作用不发生形变。
杠杆可以是直的，也可以是弯曲的。
固定点
固定点
①描述杠杆的名词（杠杆“五要素”）
支 点：杠杆绕着转动的点O；
动 力：使杠杆转动的力F1 ；
阻 力：阻碍杠杆转动的力F2 ；
动力臂：从支点到动力作用线的距离l1 ；
阻力臂：从支点到阻力作用线的距离l2 。
注意：“力的作用线” 是指过力的作用点沿力的方向所画的直线。不是支点到作用点的距离。
F2
F1
l2
人用撬棒翘起物体
杠杆的五要素
②进一步理解杠杆的“五要素”
力臂不一定在杠杆上，当力的作用线与杠杆不垂直时，力臂与杠杆不重合。力臂包含了力的作用点和力的方向两个要素。
杠杆可以是直的，也可以是弯的。即杠杆可以是各种各样的形状。
支点一定在杠杆上。动力和阻力可以在支点两侧，也可在支点同侧。作用在杠杆上的动力和阻力使杠杆转动的方向一定是相反的，但动力和阻力的方向不一定相反。
F1的力臂l1
不在杠杆上
③画力臂的要求
3、从支点O向力的作用线引垂线，画出垂足，则从支点到垂线
的距离就是力臂。
2、过力的作用点沿力的方向画出力的作用线。
注意： 必要时要用虚线将力的作用线延长。
1、先确定杠杆的支点O和动力、阻力的方向。
4、最后用大括号或箭头勾出力臂，并在旁边写上字母l1或l２。
动力臂l１
④力臂的作法
阻力F2
动力F１
阻力臂l２
以人用撬棒翘起物体为例——画出动力F1与阻力F2的力臂
支点O
（力的作用线）
F1
F2
试一试：画出图中杠杆各力的力臂
F1
F2
l1
l2
F1
F2
l1
O
l2
O
1.杠杆的平衡：当杠杆在动力和阻力的作用下处于静止状态或匀速转动状态时，我们说杠杆平衡了。
观察
杠杆平衡
(1)(a)图是一个平衡的杠杆，移动一边钩码的悬挂点，会产生什么现象？
(2)如(b)图所示，用带杆的滑轮向左或向右推动右边挂钩码的悬线，改变作用力的方向，这时会产生什么现象？为什么会发生这样的现象？
结论：杠杆平衡不仅与动力和阻力的大小有关，还与力的作用点及方向有关。
二、杠杆的平衡条件
杠杆的平衡条件
提出问题：杠杆在满足什么条件时才会平衡？
我觉得通过改变装置两边的钩码的位置和个数,使杠杆保持平衡,就可以探究杠杆的平衡条件了.
对!那杠杆两边的螺丝是起什么作用的？
一定是开始不挂钩码时，用来调节杠杆平衡的吧。
实验探究
实验装置
杠杆、钩码、弹簧测力计、铁架台
实验器材:
测量的物理量:
动力F1、阻力F2、动力臂L1、阻力臂L2
(1)调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平平位置平衡。
(怎么调？调到水平平衡的目的是什么？)
实验步骤：
①哪端高，就把平衡螺母向哪端调节，或者杠杆向哪边偏，就把平衡螺母向反方向调节。
②使杠杆在水平位置平衡的原因有两个：一是可直接从杠杆上读出力臂的大小；二是消除杠杆自身重力对杠杆平衡的影响。
(3) 把支点左边的钩码重当作动力F1，支点右边的钩码重当作阻力F2，读出动力臂L1和阻力臂L2,将各数值填入表格中。
(2) 在杠杆两边挂上不同数量的钩码，调节位置，使杠杆重新平衡。（此时可以调平衡螺母吗？）
此时不能再调平衡螺母
(4) 改变钩码的个数，再做三次，将结果填入表中。
（为什么要多次实验 ）
避免偶然性，得出普遍规律
把实验数据填入表格：
(5)求出各次实验中,动力×动力臂与阻力×阻力臂的值,并加以比较.
视频——杠杆平衡条件的探究
分析论证、得出杠杆的平衡条件是：
F1·L1=F2·L2
实验结论：
动力×动力臂＝阻力×阻力臂
即：
例题：据《杭州日报》报道，2001年6月22日，在杭州动物园内，一位物理老师利用杠杆原理，仅用小小的弹簧测力计就测出了一头大象的质量（如图所示）。测量时利用了一根长度为12m的槽钢作为杠杆。如图乙所示，吊钩固定于槽钢的中点O。当槽钢水平静止时，弹簧测力计示数F1为200N。测得L1为6m，L2为4cm。若不计铁笼的质量，请估算大象的质量。g取10N/kg。
解：如图所示：F1=200N，l1=6m，l2=4cm＝0.04m
O
l1＝6m
l2＝4cm
F1＝200N
F2=？
由杠杆平衡条件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
大象的质量为：
m
=
G
g
=
10 N/kg
3×104 N
=3×103 kg = 3t
例题：图中杠杆质地均匀，每个钩码重0.5 N，下列操作中可以使杠杆在水平位置平衡的是（杠杆上有等间隔的刻度）（ ）
D
古代舂米
古代打水
我国古代对杠杆的应用
三、杠杆的分类(生活中的杠杆)
我们身边有很多杠杆。例如，跷跷板、羊角锤、船桨、各种剪刀，观察这些杠杆，它们的动力臂和阻力臂有什么关系？
观察思考
羊角锤
瓶盖起子
钓鱼竿
1.省力杠杆
(1)示意图：如图所示
(2)特点：动力臂______阻力臂，平衡时动力______阻力。用较小的动力就可以克服较大的阻力。（L1>L2， F1大于
小于
(3)常见的省力杠杆：瓶盖起子、羊角锤起钉子、独轮车、钳子等。
省力杠杆的实例分析
F1
F2
o
o
F2
F1
剪刀相当于两个杠杆组合在一起
l2
l1
生活中的一些省力杠杆：
2.费力杠杆
(1)示意图：如图所示
(2)特点：动力臂______阻力臂，平衡时动力______阻力。动力作用点移动较小的距离就可以使阻力作用点移动较大的距离。（L1F2）
大于
小于
(3)常见的费力杠杆：镊子、缝纫机脚踏板、钓鱼竿、筷子夹菜、皮划艇的桨、扫帚扫地等。
费力杠杆的实例分析
o
F1
F2
F2
l1
l2
l2
l1
筷子相当于两个杠杆组合在一起。
人的右手与钓鱼竿接触处为支点。
o
F1
生活中的一些费力杠杆：
扫把
镊子
船桨
3.等臂杠杆
(1)示意图：如图所示
(2)特点：动力臂______阻力臂，平衡时动力______阻力。这样的杠杆既不省力也不费力。（L1=L2， F1=F2）
等于
等于
(3)常见的等臂杠杆：天平、定滑轮。
生活中的等臂杠杆：
定滑轮
托盘天平
跷跷板
例题：如图所示的四种情景中，所使用的杠杆属于费力杠杆的是（ ）
A．启瓶器
B．切纸铡刀
C．食品夹
D．羊角锤
C
例题：园艺师傅使用如图所示的剪刀修剪树枝时，常把树枝尽量往剪刀轴O靠近，这样做的目的是为了（ ）
A.增大阻力臂,减小动力移动的距离
B.减小动力臂,减小动力移动的距离
C.增大动力臂,省力
D.减小阻力臂,省力
D
（情形1）如图，力F始终与杠杆垂直，杠杆在力F的作用下绕O点匀速转动到水平位置的过程中，力F的大小如何变化？
如图：①F2=G 与 l 1=OA 保持不变，l 2 变大；
②由杠杆平衡条件得：F = F2l 2/l 1；
③故，F变大；
四、杠杆动态平衡分析
（情形2）如图，力F的方向保持水平向右，杠杆在力F的作用下绕O点匀速转动到水平位置的过程中，力F的大小如何变化？
如图：①F2=G保持不变，l 2 变大，l 1变小；
②由杠杆平衡条件得：F = F2l 2/l 1；
③故，F变大；
注意：此情况下杠杆不可能到达水平位置（当杠杆无限接近水平位置时，l 1无限接近于零，F无穷大）。
（情形3）如图，力F的方向保持竖直向上，杠杆在力F的作用下绕O点匀速转动到水平位置的过程中，力F的大小如何变化？
如图：①F2=G保持不变，l 2 与l 1同时变大，且比值为0.5；
②由杠杆平衡条件得：F = F2l 2/l 1；
③故，F=0.5G 保持不变。
（情形4）如图，杠杆保持静止，力F的方向由竖直向上变为水平向右的过程中，力F的大小如何变化？
如图：①F2与l 2 保持不变，l 1先变大后变小；
②由杠杆平衡条件得：F = F2l 2/l 1；
③故，F先变小后变大（当F与杠杆垂直时F最小）。
【人体关节】
生活 物理 社会
1、关于杠杆，下列说法正确的是（ ）
B
A、杠杆必须是一根直棒
B、杠杆一定有支点
C、当力的作用线通过支点时，力臂最大
D、动力臂就是支点到动力作用点的距离
课堂练习
2、如图所示，活塞式抽水机手柄可以看做绕O点转动的杠杆，它在动力F1和阻力F2的作用下，处于平衡状态，则（ ）
D
A、F1XOC=F2XOA
B、F1XOD=F2XOB
C、F1XOE=F2XOA
D、F1XOE=F2XOB
3、如图所示，杠杆处于平衡状态，如果在杠杆两侧挂钩码出各增加一个质量相同的钩码，杠杆会（ ）
A
A、左端下降
B、右端下降
C、仍然平衡
D、无法判断
4、如图所示，一轻质杠杆OB可以绕O点无抹茶转动，B段用绳子系在竖直墙面上，在杠杆的A点悬挂一重为20N的物体，杠杆处于水平静止状态，已知OB长为50cm，OA长为30cm，∠B=30°。
（1）请在图中画出绳子对杠杆拉力F1的力臂
（2）拉力F1的大小是多少
（1）如图，绳子对杠杆拉力F1的力臂为l1 。
答：拉力F1的大小是24N。
（2）根据几何知识知：
动力OD=OB/2=50cm/2=25cm
阻力臂OA=30cm
根据杠杆的平衡条件： F1 l1 = F2 l2得：F1X25cm=20NX30cm
得：F1 =24N
5、校工用如图所示的剪刀修建树枝时，常把树枝尽量往剪刀的轴处靠近，这样做是为了（ ）
B
A、增大阻力臂，省力
B、减小阻力臂，省力
C、增大动力臂，方便
D、减小动力臂，方便
6、如图是吊车起吊货物的结构示意图，伸缩撑杆为圆弧状，工作时它对吊臂的支持力始终与吊臂垂直，使吊臂绕O点缓慢转动，从而将货物提起。下列说法正确的是（ ）
D
A、吊臂是一 省力杠杆，但要费距离
B、吊臂是一 费力杠杆，但可以省功
C、匀速提起吊臂的过程中，伸缩撑杆支持力的力臂变小
D、匀速提起吊臂的过程中，伸缩撑杆支持力渐渐变小
杠杆的类别与应用
省力杠杆
l1 ＞l2 ，F1＜ F2
费力杠杆
l1 ＜l2 ，F1＞ F2
等臂杠杆
l1 =l2 ， F1= F2
杠杆及其平衡条件
杠杆
在力的作用下，能绕固定点转动的硬棒，叫做杠杆
支 点(O)
动 力(F1)
阻 力(F2)
动力臂(l1)
阻力臂(l2)
杠杆的五要素
杠杆的平衡条件
F1l1=F2l2
简单机械-
杠杆
课堂小结
谢 谢！

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