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(共65张PPT)
第16课时　
简单机械
一、杠杆
1．定义：在力的作用下绕着 点转动的硬棒叫杠杆．
2．五要素：①支点：杠杆绕着转动的点( )
②动力：使杠杆转动的力(F1)；
③阻力：阻碍杠杆转动的力(F2)；
④动力臂：从 到动力 的 (l1)
⑤阻力臂：从 到阻力 的 (l2)
3．杠杆平衡：是指杠杆处于 或 转动状态．
注意：杠杆平衡不一定是在水平位置平衡．
4．杠杆平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂．公式： ．
固定
支点
作用线
距离
支点
作用线
距离
静止
匀速
F1l1＝F2l2
O
5．杠杆的分类：
(1)省力杠杆(l1＞l2)，省力、但费 ：撬棒、起子、电工钳、铡刀、铁皮剪刀、独轮车等．
(2)费力杠杆(l1＜l2)，不省力、但 ：钓鱼竿、镊子、理发剪、筷子、船桨、人的前臂等．
(3)等臂杠杆(l1＝l2)，不省力、也不 ：天平、定滑轮、跷跷板等．
距离
省距离
费力
二、滑轮与其他简单机械
等臂
省力
省
力
力
力的方向
不能
费距离
省力
方向
1．(传统文化)壮丽辉煌的咸阳宫曾巍然矗立于八百里秦川，我们的祖先在建造咸阳宫时就利用硬木棒搬动巨大的石块、木头等重物，如图所示，在搬运巨大木头时，从图中能看出，支架下面垫有面积较大的石块，通过增大受力 来减小对地面的 ；地上的小圆木是用来 摩擦的；支架上的横杆属于_____杠杆．
面积
压强
减小
省力
2．如图所示的是一幅科学漫画．画中所用机械是 ；若大人、孩子、袋子的重分别是G1、G2、G3，则它们之间的大小关系是 ．(按大到小排序)
滑轮
G1＞G3＞G2
3．如图所示，在钳子、自行车车把、滑轮、理发剪四种简单机械中，使用时省力的简单机械是 ，费力的简单机械是 ．
甲、乙
丁
杠杆的作图(10年4考)
1．(传统文化)(2022·重庆)在图中画出力F的力臂l.
2．(传统文化)(2022春·晋中期末)如图甲所示，是古书《天工开物》中描述人们用舂(chōnɡ)来捣谷时的情景，当人用力踩横木B点后立即松脚，横木绕着O点转动，另一端碓(duì)头A下落，打在石臼内谷物上，去掉谷壳．请在图乙中画出人脚在B点对舂施加力F的力臂l.
3．(2022春·茂名期中)如图所示，杠杆在力F1的作用下处于静止状态，请画出力F1的力臂l1及F2.
4．(2022春·锦州)在图中画出杠杆OBA受到的阻力F2以及动力臂l1、阻力臂l2的示意图．
(1)力臂是点到线的距离，①点：即支点；②线：即力的作用线——力所在的直线；③距离：即点垂直于线的垂线段；如果力不够长，则要先正向或反向延长力的作用线．(2)根据力臂画力的方法：①先画力的作用线——力臂与力的作用线垂直，所以作出一条与力臂垂直的虚直线；②找力的作用点：力的作用线与杠杆的交点．(3)注意：杠杆上的动力与阻力一定要直接作用在杠杆上，所以F2不能是重力，必须是绳拉在A点的力；同理F1力的作用线，也应是作用在B点上，再画出对应的力臂．
方法点拨
杠杆的分类(10年1考)
5．(航天热点)(2022春·运城期末)2021年8月20日，航天员聂
海胜、刘伯明在机械臂的辅助下成功从“天和”核心舱出舱．如
图，机械臂的功能类似于人的手臂(杠杆)，具有抓住、机械臂
拉回、锁死等功能．下列工具在使用时与机械臂属于同一类杠
杆的是( )
B
机械臂使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；食品夹在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆．
方法点拨
6．(传统文化)(2022·眉山)如图所示，图甲是《天工开物》中记载的三千多年前中国古人利用桔槔在井上汲水的情景．图乙是汲水装置的原理图，杠杆处于水平位置平衡，支点为O点．物体A和B的重力分别为GA＝40 N，GB＝90 N，且OC＝2OD.物体B的底面积为0.01 m2，杠杆、悬绳的质量不计．绳子a对杠杆的拉力是 N，物体B对水平地面的压强是 Pa.
杠杆平衡的计算问题(10年6考)
80
1000
7．(跨学科实践)(2022·黄岛区改编)如图甲是小聪上体育课时将前臂平伸用手掌拖住铅球时的情形．我们可将图甲简化成如图乙所示的杠杆(不计自重)．若铅球质量为
5 kg，OA＝3 cm，此时小聪肱二头肌对前臂产生的力F1是大为500 N，则此时OB为 m.
0.3
8．(传统文化)(2022·临安区)小金利用筷子、秤钩、细绳和秤砣自制了杆秤，秤钩挂在A点，在O点用细线悬挂后发现杆秤恰好水平静止．支点和杠杆的摩擦不计．
(1)杆秤的零刻度所在位置是 ；(选填“O点”“O点左侧”或“O点右侧”)．
(2)已知秤砣质量为500 g，将秤砣移至B点，杆秤恰能保持水平静止，OA∶OB＝1∶4，求大白菜的质量．
O点
(3)小金为了进一步完善杆秤刻度，认为杆秤刻度是均匀的．你能否利用杠杆平衡原理对此猜想进行验证？
(1)物体在A端静止时，杠杆C端所受拉力等于物体A的重力，再利用杠杆平衡条件求出杠杆D端受到的拉力(即绳子a对杠杆的拉力)；(2)肱二头肌对前臂产生的拉力F1为动力，5 kg铅球的重力即为阻力F2，利用杠杆的平衡条件求阻力臂OB大小；(3)由杠杆的平衡条件得出秤砣悬挂点距支点的距离的表达式，分析表达式中不变的量，得出秤砣悬挂点距支点的距离与G物成正比．
方法点拨
9．(2022春·万州区校级期末)如图所示的装置中，最省力的是( )
滑轮和滑轮组(10年7考)
D
10．(2022·南京改编)小宇同学用如图所示的滑轮组将重130 N的物体匀速提升3 m，所用拉力F为50 N，不计绳重与摩擦，则绳子自由端移动了 m，动滑轮重 N，拉力所做的总功为 J，有用功为 J.
9
20
450
390
11．(2022春·晋江市期末)利用如图所示的滑轮组，用F＝100 N的力拉绳子自由端，使货物A以0.1 m/s的速度匀速直线运动10 s．货物A的质量为750 kg，水平地面对货物A的摩擦力大小150 N，求：
(1)货物A在10 s内移动的距离；
(2)整个过程中拉力F所做的功；
(3)整个过程中滑轮组的机械效率．
(1)动滑轮上有几段绳子承担物重，提起物体所用的力就是物重的几分之一．(2)题10，由图知，n＝3，绳子末端移动的距离s＝3h；不计绳重与摩擦，利用F＝ (G＋G动)可求得动滑轮的重力．(3)题11，由图知，通过动滑轮绳子的段数n＝2，由s＝nsA和W＝Fs计算拉力F所做的功；克服地面对货物A摩擦力做的功是有用功，由W有＝fsA计算有用功．
方法点拨
杠杠最小力和滑轮绕线相关作图
12．(2022·营口)图甲是自行车的手闸，其中ABO部分可视为一种杠杆，其简化示意图如图乙所示，O为支点，F2为阻力，请在图乙中画出：
(1)作用在A点的最小动力F1及其力臂l1；(2)阻力F2的力臂l2.
13．(2022春·眉山期末)小丁同学为了给家中喂养的小白兔做一间“小房屋”．周末他准备好：铁丝、木板和铁钉、钢丝钳和锯子等．图甲是他制作过程中使用钢丝钳剪铁丝时的某一情景．请你在图乙中画出F1的力臂l1，并画出你认为A、B两处中更省力的一处与F1对应的阻力F2的示意图．
(1)最小力画法，采用“点点垂”的方法，即把“支点”与“力的作用点”相连线，再根据题意作出与连线“垂直”的线即为最小力(力的方向：异侧同向，同侧异向)．(2)根据杠杆平衡条件知，在阻力、动力臂不变时，阻力臂越小越省力进行判断，所以铁丝要靠近转轴B处．
方法点拨
14．(2022春·潮安区校级月考)给滑轮组绕线．(不计动滑轮重和摩擦)
15．(2022·南京模拟)建筑工人在A处，使用如图所示的滑轮组提升物体，试在图中画出最省力的绕线方法．
16．(2022春·丰润区期末)用如图所示的滑轮组拉出陷在泥地中的汽车，要求人站在地上拉绳子的力最小，请在图上画出绕线的方法．
(1)用“奇动偶定”原则确定绳子固定的位置，即若n为偶数，绳子要先固定在定滑轮的下挂钩，再依次绕过下面的动滑轮、上面的定滑轮，依次绕成；若n为奇数，绳子要先固定在动滑轮的上挂钩，再依次绕过上面的定滑轮、下面的动滑轮，依次绕成．(2)要使滑轮组最省力，需要承担物重的绳子段数最多，所以要从动滑轮绕起，但要注意“人向下拉绳”还是“人向上拉绳”的实际情况．(3)水平滑轮组的绕法与竖直滑轮组一样，但注意应由里向外依次绕绳．
方法点拨
杠杆中的动态平衡问题
17．(2022·来凤县)如图所示，杠杆始终处于水平平衡状态，用手按①→②→③的顺序改变弹簧测力计拉力的方向，此过程中弹簧测力计的示数将( )
A．逐渐变大　
B．先变小后变大
C．逐渐变小　　
D．先变大后变小
B
18．(2022·南宁改编)如图甲所示，小明先用力F作用在杠杆一端且始终与杠杆垂直，杠杆在F作用下由图中A位置缓缓拉到B位置，在这个过程中，拉力F的的变化情况是 (选填“变大”“先变小后变大”或“先变大后变小”)；如图乙所示，小明又用力F将杠杆由图中A位置缓缓拉到图B位置，且F的方向始终竖直向上，在这个过程中，力F的大小将 (选填“变大”“变小”或“不变”)．
先变大后变小
不变
(1)弹簧测力计在②位置时，动力臂最长，由①→②→③的过程动力臂先变大后变小，由杠杆平衡条件，即可判断弹簧测力计的示数变化．(2)由图甲可知，杠杆在F作用下由A位置缓缓拉到B位置，动力臂的长度没有变化，细线对杠杆的拉力F的大小没有变化，而阻力臂l2却先变大后变小(水平位置时l2最大)，由F1l1＝F2l2可知，F先变大后变小；由图乙，根据相似三角形的性质可知动力臂和阻力臂之比不变，阻力大小不变，由杠杆平衡条件可知所用力F的大小不变．
方法点拨
滑轮组的作用力分析
19．(2022·洋县改编)如图所示，不计滑轮重和绳子与滑轮之间的摩擦，用三种不同的方式分别拉同一物体在水平地面上做匀速直线运动，所用拉力分别为F1、F2、F3，则若物体A重G＝50 N，物体A与地面间的摩擦力f＝10 N，则F1＝ N，F2＝ N，F3＝ N.
10
5
20
20．(2022·广饶县)如图所示，如果绳重和摩擦不计，动滑轮重不计，物重G＝300 N，则图甲中的拉力F甲＝ N，图乙中的拉力F乙＝ N；如果不计绳重及摩擦，每个滑轮的重力为30 N，物重G＝300 N，则拉力F甲＝ N，拉力F乙＝ N.
100
75
110
90
(1)判断绳子段数n的方法：可以在定、动滑轮间画一条虚线，数一下与动滑轮相连的绳子是多少段，n就是多少；(2)对竖直滑轮组而言(忽略摩擦)，绳子自由端的
拉力 ;对水平滑轮组而言(忽略滑轮摩擦)，绳子自由端的拉力 ，f为重物与地面间的滑动摩擦力.
方法点拨
实验二十二　探究杠杆的平衡条件(学生必做实验——探究类)(近10年，2014、2016年有实验专题考查)
【设计和实验】
1．(1)实验装置及表格设计如下图：
(2)让支点处于杠杆的中心，目的是消除 对杠杆平衡的影响．
(3)让杠杆在水平位置平衡，目的是 ．
(4)平衡螺母的调节： ，实验开始后， 再调节平衡螺母．
(5)给杠杆两端挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，直到杠杆再次在水平位置达到平衡．多次改变力和力臂的数值，重复上述实验．
【实验结论】
2．杠杆的平衡条件： ，表达式为F1l1＝F2l2.
杠杆自重
便于测量力臂
左低右调，右低左调
不能
动力×动力臂＝阻力×阻力臂
【交流与反思】
3．(1)多次实验目的：消除实验的偶然性，使实验结论更具有普遍性．
(2)钩码换成弹簧测力计的好处： ．
(3)弹簧测力计由竖直变为倾斜拉杠杆，弹簧测力计示数会 ，因为拉力 ．
(4)注意：因不同物理量之间不能相加减，所以 说“动力＋动力臂＝阻力＋阻力臂”．
能直接测出拉力的大小，可以改变用力的方向
变大
力臂变小
不能
【实验过关】
例1　(2022·朝阳)小明利用如图所示实验装置“探究杠杆的平衡条件”：
(1)轻质杠杆静止时如图甲所示，可将左端的平衡螺母向 (选填“左”或“右”)调节，使其在水平位置平衡，这样操作的目的是便于测量 ．
右
力臂
(2)小明多次实验并记录数据如表，总结数据得出杠杆的平衡条件：
．
动力×动力臂＝阻力×阻力臂(或F1l1＝F2l2)
(3)第2次实验所挂钩码的个数和位置如图乙所示，此时将两侧所挂的钩码同时向支点O靠近一格，杠杆会 (选填“左侧下降”“右侧下降”或“仍水平平衡”)．
(4)如图丙所示，用弹簧测力计在A处竖直向上拉，使杠杆在水平位置平衡，在弹簧测力计逐渐向左倾斜到虚线位置的过程中，保持杠杆在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将 (选填“变大”“变小”或“不变”)．
右侧下降
变大
1．(2022·广东)分别使用图中四种装置匀速提升同一重物，不计滑轮重、绳重和摩擦，最省力的是( )
A
2．(2021·广东)用如图甲的滑轮组提升重200 N的物体，已知拉力F为80 N，不计绳重和摩擦，物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，反映绳子自由端运动的图线是 (选填“A”或“B”)，动滑轮重为 N，3 s内对物体做的有用功为 J.
A
40
300
3．(2020·广东)如图所示，人向下拉绳提升重物．已知物体重400 N，动滑轮重60 N，不计绳重及摩擦，将重物匀速提升0.5 m，人需用的拉力为 N，绳子自由端移动的距离为 m，人所做的有用功为 J.
230
1
200
4．(2020·广东)如图所示，用一根硬棒通过支点O撬起石头，画出石头所受重力G的示意图，以及力F的力臂l.
5．(2019·广东)如图所示，拉杆式行李箱在拉力F的作用下静止在斜坡上，请画出行李箱受到的重力G的示意图，以及拉力F对O点的力臂l.
6．(2018·广东)如图所示，轻质杠杆OA可绕O点转动，请在图中画出杠杆OA的动力臂l.
7．(2022·广东)在“探究杠杆的平衡条件”实验中：
(1)小明安装好杠杆后，发现其左端下沉，如图甲所示，为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向 调节．
(2)如图乙所示，杠杆调节平衡后，在A处悬挂3个钩码，每个钩码重0.5 N．如果在B处施加一个拉力使杠杆在水平位置再次平衡，当方向为 时，拉力最小，大小为2N.
(3)课后，小明制作了一个简易杠杆，调节杠杆在水平位置平衡，然后在它两边恰当位置分别放上不同数量的同种硬币，使其在水平位置再次平衡，如图丙所示，则力臂l1∶l2＝
，若两边同时各取走―枚硬币，则杠杆的 端将下沉．
右
竖直向下
2∶1
右
8．(2021·广东)杆秤是从我国古代沿用至今的称量工具，如图是小明制作的杆秤的示意图，使用时，将待称物体挂在秤钩上，用手提起B或C(相当于支点)处的秤纽，移动秤砣在秤杆上的位置D，秤杆达到水平平衡时可读出待称物体的质量，此秤最大称量是10 kg，秤砣最远可移至E点．秤杆和秤钩的质量忽略不计，AB、BC、BE的长度如图所示(g取10 N/kg)，求：
(1)提起哪处的秤纽，此秤的称量最大？
(2)秤砣质量为多少？
(3)当提起C处秤纽称一袋质量为2 kg的荔枝时，D与C之间的距离为多少？
9．(2019·广东)如图所示，质量为960 kg、底面积为0.5 m2的石材A放在水平地面上，利用滑轮组水平拉动A，使其在20 s的时间内匀速向墙靠近了4 m，水平拉力F＝500 N，不计绳、滑轮组的质量以及绳与滑轮组之间的摩擦，g取10 N/kg.求：
(1)A对水平地面的压强；
(2)A在运动过程中受到摩擦力的大小；
(3)拉力F的功率．
(2022春·南海区校级期末)请阅读下列材料，回答问题．
变速自行车的奥秘
变速自行车可以通过调节不同的“挡位”来应对不同的路面情况——需要爬坡时，可以降低挡位，此时会感觉自己骑起来“更轻松”，到了下坡时，可以提升挡位，此时会感觉自己“骑得更快”．这之中的奥秘在哪里呢，让我们一起来探究吧！
自行车的前齿轮和脚踏板构成一个轮轴型的杠杆结构，动力是人给脚踏板的蹬力，阻力是链条对前齿轮的拉力，动力臂是脚踏板到轴心的长度，阻力臂是前齿轮半径，此时动力臂大于阻力臂，因此是一个省力杠杆．自行车的后齿轮和后车轮构成另一个轮轴型的杠杆结构，动力是链条对后齿轮的拉力，阻力是地面给后车轮的摩擦力，动力臂是后齿轮半径，阻力臂是后车轮半径，此时动力臂小于阻力臂，是一个费力杠杆．
骑自行车时，人踩脚踏板一圈，前齿轮跟着转动一圈，带动链条转动的长度为前齿轮的周长．与此同时，链条带动后齿轮转动，由于后齿轮的半径小于前齿轮，为了保证链条转动的长度相同，后齿轮必须转过的圈数大于前齿轮．后齿轮的半径越小，它转过的圈数就越多．后齿轮同时带动后车轮转动，它们转动的圈数保持一致．因此，后齿轮越小，脚踩一圈，后车轮转动的圈数越多，即自行车前进的距离越长．
在爬坡时，自行车受到的摩擦阻力较大，因此需要把后齿轮的半径(动力臂)调整得大一些，以达到相对省力的效果．在下坡时，自行车受到的摩擦阻力较小，此时为了让自行车更快前进，可以将后齿轮的半径调小．
依据文中内容，请回答下列问题：
(1)自行车驱动结构中，前齿轮和脚踏板组成一个 杠杆，后齿轮和后车轮组成一个 (选填“省力”或“费力”或“等臂”)杠杆．
(2)骑自行车时，人脚应该向什么方向用力才能最省力呢？
．
(3)爬坡时，应将链条调整至半径较 (选填“大”或“小”)的后齿轮上，从而达到相对省力的目的．
省力
费力
垂直于脚踏板相连的金属杆方向用力
大
(4)前齿轮和后齿轮在共同工作时，其特征是 ．
A．相同时间转过的圈数相同
B．相同时间带动链条转动的长度相同
C．相同时间转过的圈数和带动链条转动的长度均相同
D．相同时间转过的圈数和带动链条转动的长度均不相同
B
(5)自行车在水平道路上行驶时，后车轮所受的摩擦阻力约为20 N，一辆自行车后车轮的半径约为40 cm，若它此时链条挂在中间挡位的后齿轮上，其半径为5 cm，由于前齿轮与后齿轮由链条连接，所以前、后齿轮受到的链条的拉力相同，若前齿轮的半径为10 cm，脚踏板到轴心的长度为25 cm，则自行车匀速行驶时，人蹬车的力至少应为 N.
64
(1)轮轴由轮和轴组成，是变形杠杆，对比杠杆中动力臂和阻力臂的长度大小，可以辨别出是省力还是费力杠杆；
(2)若要找出杠杆最省力的力，根据杠杆平衡条件可知，力臂最大时，所需的力最小；
(3)阻力和阻力臂一定时，增大动力臂可减小动力，达到省力的目的；
方法点拨
(4)观察前齿轮和后齿轮的结构和工作过程，可知两个齿轮转过的圈数和链条长度的关系；
(5)对前齿轮和脚踏板构成一个轮轴型的杠杆与后齿轮和后车轮构成另一个轮轴型的杠杆，链条对前齿轮大小是一样的，利用杠杆平衡条件求出人蹬车的力．

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