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6.5 探究杠杆的平衡条件
素养目标
1.说出什么是杠杆,复述杠杆、支点、力臂等概念,会根据实物图画出杠杆示意图。
2.能从常见工具和简单机械中识别出杠杆,并判断杠杆的种类。
3.重点:经历探究实验,总结杠杆的平衡条件。
4.通过探究杠杆的平衡条件实验,领会从具体到抽象的思维方法。
学法指导
1.结合生活中常见的杠杆,如撬棒、跷跷板、抽水机等。抽象出杠杆的特征,对杠杆有初步的认识。
2.为了探究跷跷板怎样才能成水平状态,可用刻度均匀木尺代替跷跷板,用钩码代替人进行实验研究。
【预习导学】
知识点一 探究跷跷板中的道理
1.观看下列图片。
(1)以上图片中的机械,它们共同的特点是什么呢
(2)物理学中,把能绕 转动的硬棒(直棒或曲棒)叫 ,跷跷板是一种 。
活动1:探究杠杆的平衡条件
2.杠杆的平衡可能与哪些因素有关呢 写出你的猜想。
3.根据你的猜想,设计实验进行验证。
(1)实验器材:带刻度的均匀杠杆、铁架台、钩码(代替人)。
(2)实验步骤:
A.调节杠杆在水平位置平衡,把钩码挂在杠杆支点的两边,改变钩码的位置,使杠杆重新在水平位置平衡;
B.记录左边钩码的拉力F1、左边钩码距离悬挂点的距离L1、右边钩码的拉力F2、右边钩码距离悬挂点的距离L2的数值;
C.改变钩码的拉力F和钩码距离悬挂点的距离L的数值,再做几次。
(3)观察图甲可以发现,当两边钩码的个数(拉力F) ,且钩码到悬挂点的距离(L)
时,杠杆水平静止。
(4)比较图甲、乙、丙、丁可以发现, ,杠杆水平静止。
4.结论:当左边钩码的拉力F1和左边钩码到悬挂点的距离L1的 与右边钩码的拉力F2和右边钩码到悬挂点的距离L2的 相等时,杠杆平衡。
5.如图所示,杠杆绕着转动的点,叫作 ;一般情况下,F1叫作 ,F2叫作 ;从支点到力的作用线的距离L1和L2叫作 。动力的力臂叫作 ,阻力的力臂叫作 。杠杆在 和 的作用下,处于 状态,叫作杠杆平衡。
6.杠杆的平衡条件: ,也可以表述为 ,用公式表示为 。
【参考答案】
知识点一
1.(1)答:上面这些机械共同点:都有一根硬棒能够绕固定点转动。
(2)某一固定点　杠杆　杠杆
2.答:(1)与两边物体的质量有关;
(2)与物体到杠杆支点的距离有关。
3.(3)相等　相等
(4)当左边钩码的拉力F1与左边钩码距离悬挂点的距离L1的乘积和右边钩码的拉力F2与右边钩码距离悬挂点的距离L2的乘积相等时
4.乘积　乘积
5.支点　动力　阻力　力臂　动力臂　阻力臂　动力　阻力　静止
6.杠杆的动力臂是阻力臂的几倍,杠杆的动力F1就是阻力F2的几分之一　动力×动力臂=阻力×阻力臂
F1×L1=F2×L2或=
知识点二 杠杆的作用
活动2:认识生活中的杠杆
1.观看下列图片。
2.我们在生活中为什么使用撬棒,撬棒在使用时有哪些优点和缺点
3.图中机械中的杠杆有费力的吗 如果有,为什么还用呢
4.仔细观看上面图片,请你对以上机械中的杠杆进行简单的分类。
5.在这些简单机械中,能省力的杠杆的有哪些 能省距离的杠杆的有哪些 既不省力也不省距离的杠杆有哪些
6.生活中的杠杆主要有三种:一是动力臂 阻力臂的杠杆,即L1>L2,F1F2,叫 杠杆;三是动力臂 阻力臂的杠杆,即L1=L2,F1=F2,既不省力也不费力,叫 杠杆。
7.*小明为了寻找“手臂上的杠杆”做了如下实验,他右手拿着书,先让手下垂,左手掌贴着右上臂的前部(肱二头肌),将右下臂慢慢抬起到水平位置,他感觉到右上臂的肱二头肌越来越紧张。请你结合右图,利用杠杆原理解释产生这一现象的主要原因。
【参考答案】
知识点二
2.答:使用撬棒可以省力,一些一个人不能完成的劳动,通过使用撬棒可以自己完成。撬棒使用的优点是省力,缺点是费距离。
3.答:图中食品夹属于费力杠杆,使用时费力,但是却能省距离。
4.答:杠杆可以分为三种。一种是省了力却费了距离;第二种是费了力却省了距离;第三种是既不省力也不省距离。
5.答:以上属于省力杠杆的是A、B、C、E、F、G;属于费力杠杆的是D;属于既不省力也不省距离的杠杆的是H。
6.答:大于　省力　小于　费力　等于　等臂
7.答:肌肉作用在肘关节附近,运动距离很小,而它带动的却是整个手臂,所以阻力臂大于动力臂。所以手臂是一个费力杠杆。当将右下臂慢慢抬起到水平位置,由于阻力大小不变,阻力臂越来越大,所需动力就越来越大,所以他感觉到右上臂的肱二头肌越来越紧张。
【合作探究】
任务驱动一 最小力求法
如图所示,AOB为一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=2OB,固定O点,使OB处于水平位置,此时B端挂一重为40 N的物体,要使杠杆不发生转动,至少需在A端施加F= N的力,在图上画出此时力F的方向。
【参考答案】
任务驱动一
20
任务驱动二 杠杆作图
在下图中画出F1的力臂和力臂L2对应的力F2。
【参考答案】
任务驱动二
任务驱动三 杠杆模型
在建筑工地上看到过简易吊车,通过自身的体验来了解这种简易吊车直立在地面上的支撑直杆所受的力。用一根细绳和一根塑料直尺,仿照简易吊车的结构组成如图的三角支架,绳的一端绕在手指上,杆的一端顶在掌心,在A处挂一重物时,绳对手指以及杆对掌心均有作用力。请根据这两个力的示意图判断这是一种什么杠杆。
【参考答案】
任务驱动三
答:省力杠杆
任务驱动四 利用杠杆平衡条件解决问题
有一支杆秤,量程是2千克,现给你质量为2千克的标准砝码,一根足够长的刻度尺。
(1)请你说明如何检验此杆秤是否准确。
(2)如果不准确,应重新刻度,写出简单的刻度方法(要求精确到50克)。
【参考答案】
任务驱动四
答:(1)①手提提纽把秤砣放在定盘星上,看杆秤是否平衡。②再将2千克的标准砝码放在秤盘里,调节秤砣位置,看杆秤平衡时,秤砣是否放在2千克的位置上。③最后看秤杆上的刻度是否均匀。若①平衡,②在2千克的位置上,③均匀,则此杆秤是准确的。
(2)①不挂重物时,把秤砣放在秤杆上,记下平衡时位置。②再把2千克的标准砝码放在秤盘里,移动秤砣,记下平衡位置。③把两平衡位置间分成40等份,每等份即为50 g。

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