资源简介

(共37张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：11.1.2 杠杆的应用
副标题：省力、费力与等臂杠杆的实际价值
学科：物理
适用年级：八年级
教材版本：人教版
幻灯片 2：学习目标
能根据动力臂和阻力臂的大小关系，对杠杆进行分类（省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆）。
掌握三类杠杆的特点及应用场景，能举例说明各类杠杆的优势。
能结合杠杆平衡条件，分析生活中杠杆的省力或费力原理。
认识杠杆在生产生活中的重要作用，体会物理原理与技术设计的联系。
幻灯片 3：引入 - 杠杆的 “省力” 与 “省距离”
复习回顾：上节课我们学习了杠杆的平衡条件\(F_1 l_1 = F_2 l_2\)，知道动力臂和阻力臂的关系会影响动力的大小。
情景对比：
用羊角锤拔钉子时，轻轻用力就能拔出钉子（省力），但手移动的距离比钉子移动的距离大。
用筷子夹菜时，手移动很小的距离，筷子尖端就能移动较大的距离（省距离），但需要用较大的力。
提问：为什么有的杠杆省力，有的杠杆费力？不同杠杆的应用有什么规律？本节课我们将探究杠杆的分类及应用。
幻灯片 4：杠杆的分类依据
分类标准：根据杠杆平衡条件中动力臂（\(l_1\)）和阻力臂（\(l_2\)）的大小关系，将杠杆分为三类：
省力杠杆：\(l_1 > l_2\)
费力杠杆：\(l_1 < l_2\)
等臂杠杆：\(l_1 = l_2\)
推导关系：
由\(F_1 l_1 = F_2 l_2\)得\(F_1 = \frac{l_2}{l_1} F_2\)。
当\(l_1 > l_2\)时，\(\frac{l_2}{l_1} < 1\)，则\(F_1 < F_2\)（动力小于阻力，省力）。
当\(l_1 < l_2\)时，\(\frac{l_2}{l_1} > 1\)，则\(F_1 > F_2\)（动力大于阻力，费力）。
当\(l_1 = l_2\)时，\(\frac{l_2}{l_1} = 1\)，则\(F_1 = F_2\)（动力等于阻力，不省力也不费力）。
展示图片：三类杠杆的力臂对比示意图。
幻灯片 5：第一类 - 省力杠杆
特点：\(l_1 > l_2\)，\(F_1 < F_2\)（省力但费距离）。
省力：动力小于阻力，能轻松克服较大阻力。
费距离：动力作用点移动的距离大于阻力作用点移动的距离。
典型实例：
羊角锤拔钉子：动力臂远大于阻力臂，用较小的力就能克服钉子的阻力。
瓶盖起子：开瓶盖时，动力臂长，省力。
撬棍：撬重物时，通过延长动力臂达到省力效果。
钢丝钳：剪钢丝时，动力臂大于阻力臂，省力。
应用场景：需要克服较大阻力，且允许动力作用点移动较大距离的场景（如工业搬运、维修等）。
展示图片：省力杠杆实例图，标注动力臂和阻力臂。
幻灯片 6：第二类 - 费力杠杆
特点：\(l_1 < l_2\)，\(F_1 > F_2\)（费力但省距离）。
费力：动力大于阻力，需要较大的力。
省距离：动力作用点移动较小的距离，就能使阻力作用点移动较大的距离。
典型实例：
筷子：夹菜时，手指移动很小的距离，筷子尖端就能张开较大角度，方便夹取食物。
钓鱼竿：手移动较短距离，鱼钩就能移动较远的距离，便于甩竿和收线。
镊子：夹取细小物体时，手指微动即可使镊子尖端张开较大距离，操作精准。
扫帚：扫地时，手移动小距离，扫帚末端能扫过较大面积。
应用场景：需要灵活操作、精准控制，或动力作用点移动空间有限的场景（如餐饮、精细操作、日常清洁等）。
展示图片：费力杠杆实例图，标注动力臂和阻力臂。
幻灯片 7：第三类 - 等臂杠杆
特点：\(l_1 = l_2\)，\(F_1 = F_2\)（不省力也不费力，不省距离也不费距离）。
优势：能保持力的平衡，或用于测量等需要力或距离相等的场景。
典型实例：
天平：左右两臂长度相等，通过砝码质量直接测量物体质量（\(F_1 = F_2\)即\(m_1 = m_2\)）。
跷跷板：两端力臂相等，两边施加的力相等时保持平衡，是等臂杠杆的娱乐应用。
定滑轮（本质是等臂杠杆）：不省力，但能改变力的方向。
应用场景：需要平衡或等量测量的场景（如实验室测量、娱乐设施等）。
展示图片：等臂杠杆实例图，标注动力臂和阻力臂。
幻灯片 8：三类杠杆的对比总结
杠杆类型
力臂关系
力的关系
距离关系
核心优势
典型实例
省力杠杆
\(l_1 > l_2\)
\(F_1 < F_2\)
费距离
省力
羊角锤、撬棍、钢丝钳
费力杠杆
\(l_1 < l_2\)
\(F_1 > F_2\)
省距离
省距离、操作灵活
筷子、钓鱼竿、镊子
等臂杠杆
\(l_1 = l_2\)
\(F_1 = F_2\)
等距离
平衡、等量测量
天平、跷跷板
关键规律：杠杆的 “省力” 和 “省距离” 不能同时实现，省力必然费距离，省距离必然费力，等臂杠杆则两者平衡。这是由杠杆平衡条件决定的能量守恒体现。
幻灯片 9：生活中的杠杆应用分析（一）
实例 1：指甲刀
结构分析：指甲刀是由多个杠杆组成的复合杠杆，其中省力杠杆负责剪断指甲（动力臂大于阻力臂），费力杠杆负责操作（方便手指施力）。
优势：通过复合杠杆设计，既实现省力剪断，又保证操作灵活。
实例 2：自行车刹车
结构分析：刹车手柄是省力杠杆，动力臂大于阻力臂，轻轻捏动手柄就能产生较大的刹车力。
优势：省力操作，确保紧急情况下能快速制动。
展示图片：指甲刀和自行车刹车的杠杆结构图。
幻灯片 10：生活中的杠杆应用分析（二）
实例 3：起重机吊臂
结构分析：吊臂是费力杠杆，动力臂（吊臂支点到动力的距离）小于阻力臂（吊臂支点到重物的距离）。
优势：省距离，吊臂顶端能移动较大范围，方便吊装不同位置的物体。
实例 4：道钉撬
结构分析：道钉撬是典型的省力杠杆，长手柄提供长动力臂，能轻松拔出铁轨上的道钉。
优势：省力，适用于需要克服较大阻力的工程场景。
展示图片：起重机吊臂和道钉撬的工作示意图。
幻灯片 11：课堂小练习 1 - 杠杆分类判断
题目：下列杠杆中，属于省力杠杆的是（ ），属于费力杠杆的是（ ），属于等臂杠杆的是（ ）
A. 钓鱼竿 B. 羊角锤 C. 天平 D. 镊子 E. 瓶盖起子 F. 跷跷板
答案：省力杠杆：B、E；费力杠杆：A、D；等臂杠杆：C、F。
解析：B、E 动力臂大于阻力臂，省力；A、D 动力臂小于阻力臂，费力；C、F 动力臂等于阻力臂，等臂。
幻灯片 12：课堂小练习 2 - 应用原理分析
题目：为什么理发师用的剪刀刀刃较长，而裁缝用的剪刀刀柄较长？
答案：理发师剪刀是费力杠杆（刀刃长，阻力臂长），省距离，刀刃移动范围大，方便剪头发；裁缝剪刀是省力杠杆（刀柄长，动力臂长），省力，便于剪裁较厚的布料。
幻灯片 13：课堂小练习 3 - 平衡条件应用
题目：一根省力杠杆，动力臂是阻力臂的 5 倍，用它将重 1000N 的物体抬起，至少需要多大的动力？若物体被抬高 10cm，动力作用点移动的距离是多少？
答案：动力 200N，动力作用点移动距离 50cm。
解析：由\(F_1 l_1 = F_2 l_2\)，\(l_1 = 5l_2\)，得\(F_1 = \frac{F_2 l_2}{l_1} = \frac{1000N}{5} = 200N\)；省力杠杆费距离，动力移动距离是阻力移动距离的 5 倍，即\(5 \times 10cm = 50cm\)。
幻灯片 14：杠杆应用的优化设计
省力与灵活的平衡：
工具设计中，需根据需求权衡省力和省距离。例如，园艺剪需要剪断较粗的枝条，采用省力杠杆（长手柄）；而医用剪刀需要精细操作，采用费力杠杆（短手柄、长刀刃）。
复合杠杆的应用：
复杂工具常结合多个杠杆，如剪铁皮的剪刀由两个省力杠杆组成，既省力又扩大操作范围；订书机通过多个杠杆的配合，实现省力订书。
材料与力臂的关系：
省力杠杆需延长动力臂，但过长会导致工具笨重，因此需选用轻质高强度材料（如铝合金），在保证省力的同时减轻重量。
展示图片：园艺剪与医用剪刀对比图、复合杠杆工具结构图。
幻灯片 15：课堂总结
杠杆分类：根据力臂关系分为省力杠杆（\(l_1 > l_2\)）、费力杠杆（\(l_1 < l_2\)）、等臂杠杆（\(l_1 = l_2\)）。
核心特点：
省力杠杆：省力但费距离，适用于克服大阻力场景。
费力杠杆：费力但省距离，适用于灵活操作场景。
等臂杠杆：不省力不费力，适用于平衡或测量场景。
应用规律：杠杆的应用需根据实际需求选择类型，“省力” 与 “省距离” 不可兼得，体现了物理原理对技术设计的指导作用。
幻灯片 16：课后作业布置
完成课本上关于杠杆应用的练习题。
观察家中的工具（如剪刀、钳子、开瓶器等），判断它们属于哪类杠杆，画出示意图并说明理由。
设计一个简单的省力杠杆工具，写出设计方案（包括用途、力臂设计、材料选择等）。
思考：为什么古代的投石机是省力杠杆？它的动力臂和阻力臂如何设计才能将石块投得更远？
2024沪科版物理八年级全册
11.1.2杠杆的应用
第十一章 简单机械
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
学习目标
通过实验，探究杠杆的平衡条件。(重点）
02
认识杠杆，能分清杠杆的五要素。（重点）
01
知道省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆的特点。（重点）
03
知道杠杆在生活中的应用。
04
杠杆的应用
【思考】
给我一个支点和一根足够长的硬棒，我就能撬动地球。
——阿基米德
你认为阿基米德的愿望能实现吗？
我国古代早就有了许多巧妙应用杠杆的事例。
用碓舂米
桔槔汲水
点击画面播放
如今，我们在生产生活中仍大量使用杠杆。
钓鱼竿
用钉锤撬钉子
跷跷板
对图中的这些杠杆的五要素进行分析，你发现了什么？
O
F1
F2
l2
l1
O
F2
F1
l1
l2
你能否根据杠杆的平衡条件，比较简便地判断出一个杠杆是省力还是费力
F1
l1
F2
l2
O
杠杆的分类
知识点一
点击画面播放
若 l1 ＞ l2 ，则F1 ＜ F2
省力杠杆
等臂杠杆
费力杠杆
判断杠杆的类型，实际就是比较动力臂和阻力臂的大小。
若 l1 ＝ l2 ，则F1 ＝ F2
若 l1 ＜ l2 ，则F1 ＞ F2
省力杠杆
O
F1
F2
l2
l1
特点：省力但费距离
应用：杆秤、羊角锤撬钉子等
l1
l2
＞
因为动力臂＞阻力臂
F2
F1
＜
所以动力＜阻力
由F1 l1=F2 l2可知
O
F2
F1
l1
l2
费力杠杆
特点：费力但省距离
应用：镊子、钓鱼竿等
l1
l2
＜
因为动力臂＜阻力臂
F2
F1
＞
所以动力＞阻力
由F1 l1=F2 l2可知
等臂杠杆
O
F1
F2
l2
l1
特点：既不省力又不省距离
应用：托盘天平等
l1
l2
＝
因为动力臂＝阻力臂
F2
F1
＝
所以动力＝阻力
由F1 l1=F2 l2可知
省力杠杆 费力杠杆 等臂杠杆
力臂的 大小关系
力的大小关系
特点 省力但费距离 费力但省距离 既不省力也不省距离
判断杠杆种类的方法：
(1)根据动力臂和阻力臂的大小关系判断；
(2)从应用目的和效果进行判断：阻力很大时，通常使用省力杠杆；有时阻力不大，使用杠杆是为了省距离，就要使用费力杠杆。
归纳小结
l1
l2
>
F2
F1
<
l1
l2
<
F2
F1
>
l1
l2
=
F2
F1
=
你能说出下图中的杠杆哪个省力、哪个费力、哪个既不省力也不费力吗
杠杆无论是省力还是费力，都各有所长。在应用时应扬长避短，分别发挥其特有的作用。
例1 下列工具在正常使用中，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
杠杆的综合运用
知识点二
利用杠杆的平衡条件进行简单的计算:
①在F1、 l1、F2、l2这4个量中，已知其中的3个，便可求出第4个量。
②若已知动力臂与阻力臂的倍数关系，则已知动力可求阻力，已知阻力可求动力。
F1 l1=F2 l2
例 题
植树活动中，两位同学用 1.2m长的轻竹竿抬水。水和桶总重为 120 N，水桶挂在视为水平的轻竹竿的A处，距后面同学 0.5 m。求：后面同学抬水所用的力的大小。(竹竿的重力忽略不计，两位同学各自对竹竿的力的作用点之间的距离近似认为是 1.2m)
分 析
竹竿视作杠杆，
在水平位置保持平衡
B处为支点
水和桶的重力为阻力
C处竖直向上抬水的力为动力
F
G
动力臂
阻力臂
利用杠杆平衡条件，可求出后面同学抬水所用的力的大小。
由题意，水和桶的重力之和 G=120 N，动力臂l1=BC=1.2m，阻力臂l2=AB=1.2m-0.5 m=0.7 m。
解
根据杠杆平衡条件F1l1=F2 l2可知，Fl1 =Gl2
因此，
如果要使后面同学少用力，水桶应向前移还是向后移
讨 论
根据杠杆平衡条件及题意可知， Fl1 =Gl2 ;
在动力臂BC不变的条件下，想要减少动力F ，即减小Fl1的大小，等同于减小Gl2的大小，而在阻力G大小不变的情况下，减小Gl2方法便是减小阻力臂AB的大小 ，因此水桶应该向前移。
例2 如图所示，杠杆AOB的A端挂重为GA的物体，B端挂重为GB的物体，杠杆平衡时AO处于水平位置。若AO=BO，杠杆自重不计，则GA和 GB的大小关系是( )
A. GA＞ GB
B. GA＝ GB
C. GA＜ GB
D. 无法比较
C
杠杆分类
1.阿基米德有一句名言：“给我一个支
点，我就能撬起整个地球。”如图所示，
在阿基米德的思想中，这个杠杆的动
力臂要远远______阻力臂，属于_____
(填“省力”或“费力”)杠杆。
大于
省力
2.下列图中的工具,在使用时属于费力杠杆的是( )
C
A.核桃夹
B.起瓶器
C.镊子
D.托盘天平
使用费力杠杆的好处是________。
省距离
杠杆应用模型
3.［立德树人·传统文化］如图
所示是生活中常见的杆秤。称
量时杆秤在水平位置平衡，被
测物体和秤砣到提纽的距离分
别为、，秤砣的质量为 ，秤杆的质量
忽略不计，则被测物体的质量为_____ 。
4.如图所示，挑担时可以把扁担看作杠杆
模型。若在长的扁担前端挂 的货
物，后端挂 的货物，不计扁担和绳
的重力。挑起货物时要使扁担水平平衡，
求扁担顶在肩膀的位置需距前端的距离。
解：扁担水平平衡时，设扁担顶在肩膀的
位置距前端的长度为 ，由杠杆的平衡条件，
可得 ，代入数据，可
得 ，解得
。
杠杆最小力
(第5题)
5.如图所示，分别沿力、、 的
方向用力，使杠杆平衡，则沿____方
向的力最小。
判断杠杆上的最小动力，是
常考的内容之一。方法是先确定力的
作用点，以此作用点到支点的距离作
为力臂，此时力臂最长，最省力。
(第5题)
6.请在图中画出重物所受重力的示意图，并在杠杆上的 点
画出能使杠杆在图示位置保持平衡的最小动力 的示意图。
(第6题)
解：如图所示。
2星题 情境应用
7. 图甲是人体肱二头肌
工作时的原理图，我们可以将这幅图
简化成如图乙所示的杠杆。若图中
100
费力
为重 的铅球对手掌的压力，小臂在图中位置平衡，则肱
二头肌对小臂的拉力_____ ，它是一个______
(填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆。
8.如图所示，“”和“”是指甲刀的两个杠杆，“ ”
是______杠杆，“ ”是以___为支点的______杠杆。
省力
费力
9.[2024·六安期末] 妈妈带着小涛和他的
妹妹到文化活动中心玩跷跷板，如图所示，
跷跷板水平平衡时，小涛离转轴距离是妹
80
靠近
妹和妈妈到转轴距离的2倍，小涛质量为 ，则妈妈和妹
妹的总质量为____ ；若妈妈将怀抱中的妹妹放到地面上
(妈妈的位置不变)，为了保持跷跷板水平平衡，小涛应适当
______(填“远离”或“靠近”)转轴。
10.如图是猴、兔分萝卜过程的漫画，
兔子最终选择了 端部分的萝卜。
根据杠杆的平衡条件可知，兔子分
得的萝卜质量___(填“ ”“ ”或“
”)猴子分得的萝卜质量。
11.[2024·阜阳二模改编] 如图甲是我国
古代提水器具——桔槔，其杠杆模型如
图乙所示，若 为轻质杠杆，其中
， ，重物重为
，空水桶重为 ，人用力将空
水桶匀速向下拉，下列说法正确的是 ( )
A.重物对杠杆作用力的力臂是
B.人将重物提起时，桔槔是省力杠杆
C.人对空水桶向下的拉力为
D.若人向上拉绳提起装满水的桶时，桔槔是费力杠杆
C
12.[2024·安徽中考改编] 安徽省宁国市特
产山核桃外壳坚硬，常用核桃夹帮助剥壳。
如图所示，山核桃在 点受到核桃夹对它
的作用力为，垂直于，已知 长
为，长为 。
(1)请根据______________，分析说明核桃夹在使用时属于
______杠杆。
杠杆平衡条件
省力
(2)手可作用在点或 点，要将图中核
桃壳夹破，的大小至少为 ，手
作用在核桃夹上的力至少为多少牛？
解：根据力的作用是相互的可知，山核桃对
山核桃夹的作用力,且
垂直于 。阻力和阻力臂一定，连接杠杆
中支点和动力作用点这两点所得到的线段最
长，即动力臂最大，动力最小，所以手应在点沿垂直 的
方向用力，此时人施加的力最小，根据杠杆平衡条件
，即 ，解
得。即手作用在核桃夹上的力至少为 。
3星题 思维提升
13. [2023·广州白云区期末] 如图所示，小
敏在运动会上竖直举着班牌匀速前进，前进时班牌
遇到水平向后的阻力为，作用在 点上。若将
班牌视为杠杆，间的距离是 间距离的3倍。由
40
水平向后
此分析，选___(填“”或“ ”)点作为支点，动力较小，是___
，动力的方向是__________(填“水平向前” 或“水平向后”)。
F1 l1=F2 l2
一.杠杆的分类
二.杠杆的应用
谢谢观看！

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