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(共40张PPT)
第一节　杠杆、斜面和滑轮
第九讲　简单机械
1.杠杆
定义 在力的作用下能绕着 　固定点　 转动的硬棒叫作杠杆
图示 　 　
杠杆平衡 杠杆在动力和阻力作用下处于 　静止　 状态时，我们就说杠杆平衡了
固定点　
静止　
知识梳理
杠杆的 五要素 支点 杠杆绕着转动的固定点，一般用字母O表示
动力 使杠杆转动的力，常用字母F1表示
阻力 阻碍杠杆转动的力，常用字母F2表示
动力臂 从支点到 　动力作用线　 的距离，一般用字母L1表示
阻力臂 从支点到 　阻力作用线　 的距离，一般用字母L2表示
动力作用线　
阻力作用线　
力臂的 画法 ①找支点 ②画力的作用线（或延长线） ③从支点到力的作用线画垂线 ④标明相关字母 ①口诀：一找支点二画线，点到直线作垂线。垂足括号图上见，标上字母才完善
②最省力的力臂画法：要使杠杆最省力，支动连线（支点到动力作用点）当力臂
杠杆的分 类及应用 省力杠杆：动力臂大于阻力臂，动力小于阻力，省力、费距离，如羊角锤、撬棒、开瓶器等
费力杠杆：动力臂小于阻力臂，动力大于阻力，费力、省距离，如钓鱼竿、筷子、镊子等
等臂杠杆：动力臂等于阻力臂，动力等于阻力，不省力、不省距离，如天平、定滑轮等
转动方向 顺时针和逆时针
平衡条件 在一个动力和一个阻力的情况下，杠杆的平衡条件：F1L1＝F2L2
说明 ①动力与阻力一定不通过支点，二者方向不一定相反，通过支点的力对杠杆的平衡没有作用效果，因此不加以分析
②动力和阻力的作用效果一定相反
滑轮 滑轮是一个周边有槽、能绕轴转动的小轮
定滑轮 示意图
实质 　等臂　 杠杆
特点 使用定滑轮不能 　省力　 ，但可以改变拉力的方向。若用一个定滑轮匀速提升一个重为G的物体，使其上升的高度为h，不考虑摩擦时，拉力F 　＝　 G，绳子自由端移动的距离s＝ 　h　
等臂　
省力　
＝　
h　
2.斜面：斜面是一种省力、费距离的简单机械，如盘山公路。
3.滑轮
动滑轮 示意图
实质 动力臂是阻力臂二倍的杠杆
特点 使用动滑轮可以 　省力　 ，但不能改变拉力的方向。若用一个动滑轮匀速提升一个重为G的物体，使其上升的高度为h，不考虑滑轮自重及摩擦时，拉力F＝G；若已知G动，不考虑摩擦时，拉力F＝（G＋G动），绳子自由端移动的距离s＝ 　2h　
省力　
2h　
滑轮组 示意图
特点 利用滑轮组用n股绳子匀速提起重物G，拉力为F，绳子自由端移动的距离为s，物体被提升的高度为h，则s＝nh。不计滑轮自重和摩擦，F＝ 　G　 ；不计摩擦但考虑滑轮自重G动，F＝ 　（G＋G动）　 利用滑轮组用n股绳子水平匀速拉动重物，重物的重力为G，绳端拉力为F，绳子自由端移动的距离为s，物体移动的距离为h，物体受到的摩擦力为f，不计滑轮摩擦时，F＝ 　f　 ，s＝ 　nh　
G　
（G＋G动）　
f　
nh　
　　实验突破18　探究杠杆的平衡条件
1.实验目的：探究杠杆的平衡条件。
2.实验器材：杠杆、铁架台、钩码等。
3.实验步骤：调节杠杆在水平位置水平平衡，在杠杆两边悬挂钩码，移动其悬挂位置，使杠杆在水平位置水平平衡。进行多次实验，测出多组数据，从而总结杠杆的平衡条件。
4.实验结论：F1L1＝F2L2。
（1）杠杆的平衡调节。
（2）实验在杠杆水平平衡状态下进行，使杠杆自身重力对杠杆平衡不产生影响，也方便从杠杆上直接读出力臂。
（3）实验应多次进行，测出多组数据，总结杠杆的平衡条件，避免一次实验数据的偶然性。
5.实验注意事项：
　如图所示，某小组在做“探究杠杆的平衡条件”的实验。
　
　
例题图
（1）小华同学先把杠杆的中点置于支架上，杠杆静止在如图甲所示的位置，此时杠杆处于 　平衡　 （选填“平衡”或“不平衡”）状态。
平衡　
（2）如图乙所示，实验前小华把质量分布均匀的杠杆的中点O作为支点，其目的是 　消除杠杆自重对实验的影响　 。
将杠杆调至如图丙所示的水平位置水平平衡，这样操作的目的是 　便于测量力臂　 。
（3）某同学采用如图丁所示的装置进行实验，发现总是无法得到课本上所给出的平衡条件，原因是 　杠杆自重对实验有影响　 。
消除杠杆自重对实验的影响　
便于测量力臂　
杠杆自重对实验有影响　
1.（物理观念）如图所示是某人在朋友圈晒出的立扫把的图片。人们在尝试立扫把的过程中，发现了其中的物理规律：扫把的 　重心　 越低，底面积越大，则扫把越容易立稳；使用扫把扫地时，扫把相当于 　费力　 杠杆。
第1题图
重心　
费力　
基础提升　
考点1　杠杆
2.如图所示，重力为G的均匀木棒竖直悬于O点。在其下端施加一个始终垂直于木棒的拉力F，让木棒缓慢转到图中虚线所示位置，在转动的过程中阻力臂 　变大　 ，拉力F 　变大　 。（均选填“变大”“变小”或“不变”）
第2题图
变大　
变大　
3.停车场入口处常用横杆来控制车辆的进出，如图甲所示。我们可以把该装置简化成如图乙所示的杠杆。若横杆AB粗细相同、质量分布均匀，重G＝120 N，AB＝2.8 m，AO＝0.3 m。要使横杆AB保持水平平衡，需在A端施加竖直向下的力F＝ 　44 0　 N。
甲
乙
第3题图
440　
4.如图所示是探究杠杆的平衡条件的实验。下列说法正确的是（　D　）
第4题图
D
A.若实验前杠杆的位置如图甲所示，则应该将杠杆上的平衡螺母向右调节，才能使杠杆水平平衡
B.本实验要做多次，目的是求平均值减小误差
C.图乙中保持杠杆水平平衡，在B点弹簧测力计在向虚线方向转动的过程中，示数会变大
D.图乙中保持杠杆水平平衡，在B点弹簧测力计在向虚线方向转动的过程中，示数会变小
5.（2022·安徽）用如图甲所示的装置探究杠杆的平衡条件，通过正确的实验操作，得到下表中的数据。
第5题图
实验 次数 动力 F1/N 动力臂 L1/m 阻力 F2/N 阻力臂
L2/m
1 3.0 0.20 2.0 0.30
2 2.0 0.15 1.5
3 1.5 0.20 1.0 0.30
… … … … …
（1）第2次实验数据中的阻力臂L2应为 　0.20　 m。
0.20　
（2）第3次实验后，用带杆的滑轮水平向左缓慢推动右边挂钩码的悬线（保持上端悬点不动），如图乙所示，不计摩擦，杠杆 　不能　 （选填“能”或“不能”）在水平位置保持平衡，原因是 　右端钩码对杠杆的拉力的力臂变小　 。
不能　
右端钩码对杠杆的拉力的力臂变小　
6.如图所示，将一根轻杆AB悬于O点，其左端挂一重物，右端施加一个与水平方向成30°的力F，此时轻杆AB水平平衡。若重物的质量 m＝3 kg，BO＝3AO，g取10 N/kg，则力F的大小为 　20　 N。
第6题图
20　
7.拉杆式旅行箱可看成杠杆，如图所示。已知OA＝1.0 m，OB＝0.2 m，箱重G＝120 N。请画出使箱子在图示位置静止时，施加在端点A的最小作用力F的示意图，且F＝
　24　 N。
第7题图
24　
8.一端细一端粗的直棒AB，两端各放一支相同的蜡烛，然后支起来并使两端水平平衡，如图所示。点燃这两支蜡烛，当两支蜡烛都燃烧掉一半之后，直棒AB将
（　A　）
A.A端上升 B.B端上升
C.仍然水平平衡 D.无法判断
第8题图
A
9.如图甲所示是前臂平伸用手掌托住铅球时的情形。我们可以将图甲简化成如图乙所示的杠杆，不计自重。若铅球的质量m＝3 kg，OA＝0.03 m，OB＝0.30 m，求此时肱二头肌对前臂产生的拉力F1的大小。（g取10 N/kg）
第9题图
解：由图可知，支点是O点，肱二头肌对前臂产生的拉力F1为动力，3 kg铅球的重力即为阻力F2，则阻力F2＝G＝mg＝3 kg×10 N/kg＝30 N，由图可知，
L1＝OA＝0.03 m，L2＝OB＝0.30 m，
根据杠杆的平衡条件F1L1＝F2L2，
即F1×0.03 m＝30 N×0.30 m，
解得F1＝300 N。
答：此时肱二头肌对前臂产生的拉力F1的大小为300 N。
【变式设问】
（1）前臂属于 　费力　 杠杆，这种结构的好处是 　省距离　 。
（2）若保持F1与OA垂直，则当用手将铅球沿肘关节缓慢向上托起时，肱二头肌提供的动力F1将 　变小　 （选填“变大”“变小”或“不变”）。
（3）人体的关节和骨骼肌在运动中所起的作用分别是（　D　）
A.动力作用、支点作用
B.杠杆作用、动力作用
C.支点作用、杠杆作用
D.支点作用、动力作用
费力　
省距离　
变小　
D
1.如图所示，分别用力F1、F2匀速提升重为10 N的物体，图 　乙　 中的滑轮可以看作省力杠杆。图甲中，若不计摩擦和滑轮重力，力F1的大小为 　10　 N，物体受到的合力大小为 　0　 N。
第1题图
乙　
10　
0　
考点2　斜面、滑轮
2.在生产生活中，人们常用的简单机械除了杠杆、滑轮，还有轮轴和斜面。如图所示，盘山公路就相当于一个 　斜面　 ，它能 　省力　 （选填“省力”或“省距离”）。
第2题图
斜面　
省力　
3.（2023·赤峰）如图所示，将重5 N的物体分别沿光滑的两个斜面由底端匀速拉到顶端，F1＝2.1 N，F2＝3.5 N。根据实验数据，写出斜面的一条特点： 　斜面粗糙程度相同时，斜面越陡越费力　 。
第3题图
斜面粗糙程度相
同时，斜面越陡越费力　
4.用下列滑轮或滑轮组将同一物体G匀速提高相同的高度h，最费距离的是（不计滑轮重和摩擦）（　D　）
A
B
C
D
D
5.（物理观念）使用滑轮组可以（　D　）
A.省力而且一定能改变力的方向
B.省力但不可能改变力的方向
C.省力而且能省距离
D.省力而且也可以改变力的方向
D
6.如图所示，物块甲、乙均处于静止状态。已知物块甲重12 N，物块乙重8 N，不计绳重及一切摩擦，则物块甲受到的地面的支持力为 　4　 N。
第6题图
4　
7.用如图所示的滑轮组匀速拉动重为100 N的物体A水平向左移动2 m，物体A受到地面对它的摩擦力为30 N（不计滑轮和绳重及滑轮与绳之间的摩擦），下列说法正确的是（　D　）
A.拉力F为50 N
B.绳子自由端移动的距离为6 m
C.物体A受到的摩擦力的方向水平向左
D.拉力F为15 N
第7题图
D
8.下列使用简单机械匀速提升同一物体的四种方式（不计机械自重和摩擦）中，所需动力最小的是（　A　）
A
B
A
C
D
9.（科学探究）某小组同学在做“探究使用动滑轮匀速提起物体时，所用竖直向上的拉力F的大小与哪些因素有关”的实验，按如图所示的方式用两个重力不同的滑轮进行实验，并将相应的滑轮重力、物体重力和拉力F的大小记录在表一、表二中。（忽略各种摩擦）
第9题图
表一 G滑＝1 N
实验 序号 G物/N F/N
1 4 2.5
2 5 3.0
3 6 3.5
4 7 4.0
5 8 4.5
表二 G滑＝2 N
实验 序号 G物/N F/N
6 4 3.0
7 5 3.5
8 6 4.0
9 7 4.5
10 8 5.0
（1）分析比较表一或表二中G物与F的数据及相关条件，可得出初步结论：使用动滑轮匀速提起物体， 　当G滑相等时，G物越大，F越大　 。
（2）分析比较实验序号 　1、6（或2、7或3、8或4、9或5、10）　 的数据及相关条件，可得出初步结论：使用动滑轮匀速提起物体，当G物相等时，G滑越大，F越大。
（3）小轩同学分析表中G物和F的关系时，发现F始终小于G物，所以得出使用动滑轮匀速提起物体 　能　 （选填“能”或“不能”）省力的结论，但他发现并没有省一半的力，原因可能是 　动滑轮有重力　 。若要得出的结论尽可能接近使用动滑轮能省一半的力，则对实验器材进行的调整是 　选用轻质的滑轮或更重的物体　 。
（4）小璐同学分析表中F与G滑、G物的关系及相关条件时，发现其满足的数学关系式为 　F＝（G物＋G滑）　 。根据这个关系式，若G滑＝3 N，G物＝9 N，则F＝ 　6　 N。
当G滑相等时，G物越大，F越大　
1、6（或2、7或3、8或4、9或5、10）　
能　
动滑轮有重力　
选用轻质的滑轮或更重的物体　
F＝（G物＋G滑）　
6　
10.如图所示，通过滑轮组用200 N的拉力F在20 s 内将重为480 N的物体匀速提高2 m（不计绳重和摩擦）。求：
（1）动滑轮的重力大小。
解：（1）由图可知，承担物重的绳子的股数n＝3，由F＝（G＋G动）可得，
G动＝3F－G＝3×200 N－480 N＝120 N。
第10题图
答：（1）动滑轮的重力大小为120 N。
（2）绳子自由端移动的速度大小。
解：（2）物体移动的速度
v＝＝＝0.1 m/s，
绳子自由端移动的速度大小
v'＝3v＝3×0.1 m/s＝0.3 m/s。
第10题图
答：（2）绳子自由端移动的速度大小为0.3 m/s。
（3）若重物再增加150 N，要使重物匀速上升，作用在绳子自由端的拉力的大小。
解：（3）若重物再增加150 N，要使重物匀速上升，作用在绳子自由端的拉力F'＝（G'＋G动）＝（480 N＋150 N＋120 N）＝250 N。
第10题图
答：（3）若重物再增加150 N，要使重物匀速上升，作用在绳子自由端的拉力的大小为250 N。

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