杠杆(基础)-知识讲解

杠杆（基础）责编：武霞【学习目标】1、知道什么是杠杆及杠杆五要素；2、会画杠杆的力臂；3、理解杠杆的平衡条件及应用，会判断省力杠杆和费力杠杆。【要点梳理】要点一、杠杆一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点O转动，这根硬棒就是杠杆。杠杆可以是直的硬棒，如撬棒等；也可以是弯的，如羊角锤。要点诠释：1、杠杆的五要素支点：杠杆可以绕其转动的点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O到动力F1作用线的距离L1。阻力臂：从支点到O阻力F2作用线的距离L2。2、杠杆的力臂（高清课堂《杠杆》392029杠杆）力臂的画法：（1）明确支点，用O表示（2）通过力的作用点沿力的方向画一条直线（3）过支点O作该力的作用线的垂线（4）用两头带箭头的线段标示出支点到力的作用线的垂线段，写上相应的字母L1（或L2)要点二、杠杆平衡条件杠杆在动力和阻力的作用下保持静止或匀速转动，我们就说杠杆平衡了。要点诠释：1、杠杆的平衡条件是动力×动力臂=阻力×阻力臂，或写为：F1L1=F2L2注意：这个平衡条件就是阿基米德发现的杠杆原理。杠杆的平衡不是单独由力或力臂决定的，而是由它们的乘积来决定的。2、杠杆分类：（1）省力杠杆：L1＞L2，F1＜F2。这类杠杆的特点是动力臂L1大于阻力臂L2，平衡时动力F1小于阻力F2，即用较小的动力就可以克服较大的阻力。但是实际工作是动力移动的距离却比阻力移动的距离大，即要费距离。如撬起重物的撬棒，开启瓶盖的起子、铡草用的铡刀等，都属于这一类杠杆。（2）费力杠杆：L1＜L2，F1＞F2。这类杠杆的特点是动力臂L1小于阻力臂L2，平衡时动力F1大于阻力F2，即要用较大的动力才能克服阻力完成工作，但它的优点是杠杆工作时，动力移动较小的距离就能使阻力移动较大的距离。使工作方便，也就是省了距离。如缝纫机踏板、挖土的铁锨、大扫帚、夹煤块的火钳，这些杠杆都是费力杠杆。（3）等臂杠杆：L1=L2，F1=F2。这类杠杆的动力臂L1等于阻力臂L2，平衡时动力F1等于阻力F2，工作时既不省力也不费力，如天平、定滑轮就是等臂杠杆。列表如下：杠杆种类构造特点应用举例优点缺点省力杠杆L1＞L2省力费距离钳子、起子费力杠杆L1＜L2省距离费力钓鱼杆、理发剪刀等臂杠杆L1=L2改变力的方向天平、翘翘板注意：没有既省力、又省距离的杠杆。【典型例题】类型一、杠杆的概念及力臂1、下列关于杠杆的知识说法正确的是（）A、力臂必须与杠杆垂直B、动力臂与阻力臂一定在支点的同一侧C、力臂是从支点到力的作用点的距离D、动力臂应与动力作用线垂直【答案】D【解析】力臂是指从支点到力的作用线的距离，力对杠杆的转动效果不仅与力的大小有关，还与支点到作用线的垂直距离有关，支点到动力作用线的距离叫动力臂，支点到阻力作用线的距离叫阻力臂。【总结升华】本题考查的杠杆力臂的基础知识点。做力臂实际上就是数学课中“作点到线的距离”。数学里的“点”在物理中就是杠杆的“支点”，“线”就是“力的作用线”。所做的垂线段就是杠杆的力臂。举一反三：【变式】关于力臂，下列说法不准确的是（）A力臂一定在杠杆上B支点到动力的作用线的距离叫动力臂C支点到阻力的作用线的距离叫阻力臂D力的作用线通过支点，这个力的力臂为零【答案】A2、如图所示，轻质杠杆的支点在O点，在杠杆A点用力F1竖直向上拉。请画出拉力F1的力臂和作用在杠杆上阻力F2的示意图。【答案】如图所示【解析】杠杆A点用力F1竖直向上拉，那么F1就是动力，物体的重力G就是阻力F2。【总结升华】画力臂的步骤：首先在杠杆的示意图上，确定支点O，再从支点O向力的作用线作垂线，画出垂足，则支点到垂足的距离就是力臂。力臂用虚线表示，支点到垂足用大括号勾出，并用字母L1表示是动力臂。注意力臂是从支点到力的作用线的垂直距离，不要错误地理解为从支点到力的作用点的距离。举一反三：【变式】如图所示，杠杆AO在力F1、F2的作用下处于静止状态，L1是力F1的力臂，在图中画出力F1。【答案】类型二、杠杆的平衡条件3、小明在做“研究杠杆平衡条件”实验时进行了如下实验步骤：把杠杆的中点支在支架上；把钩码挂在杠杆的两边,改变钩码的位置使杠杆平衡；记下两边钩码的重量,并用尺量出它们的力臂,分别填入实验数据的表格内；改变力和力臂的数值,做三次实验；求出各次实验的动力乘以动力臂和阻力乘以阻力臂的数值。(1)请你指出小明在哪一步前漏掉了一个重要的步骤，这个步骤是：____________________________________________。(2)由此实验结果可知:如果实验中所用钩码质量都相同，在如图所示的杠杆B处应该挂____个钩码,才能使杠杆平衡。(3)小明记录了如下表的数据,从数据上不难看出：第_____次实验数据是错误的。实验次数动力F1(N)动力臂L1(m)阻力F2(N)阻力臂L2(m)120.0440.02260.0640.09340.0360.04【答案】(1)调节平衡螺母，使杠杆达到水平平衡。(2)4(3)3【解析】题目简单回顾了杠杆平衡条件的实验过程。验证杠杆平衡条件的实验第一步与天平使用类似就是调节成水平平衡，这也是本题第一问的答案。而为什么要调节成水平平衡也是本实验的一个知识要点。答案是动力、阻力都是竖直向下与水平杠杆垂直，此时杠杆的长度即为力臂长度。【总结升华】知道杠杆的平衡条件是：动力×动力臂=阻力×阻力臂；F1L1=F2L2，利用公式解决问题。举一反三：【变式】在探究杠杆平衡条件的实验时，实验前发现杠杆左端低，右端高，为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向（选填“左”或“右”）调节；实验时，在A点悬挂两个总重为1N的钩码，在B点用弹簧测力计竖直向下拉（如图所示），使杠杆在水平位置再次平衡，则拉力应为N，此时杠杆属于杠杆。【答案】右，0.8，省力。4、（高清课堂《杠杆》392029例7）图所示的四种情景中，所使用的杠杆属于费力杠杆的是（）【答案】D【解析】判断杠杆省力还是费力，关键是比较动力臂和阻力臂的大小。在分析一个杠杆时，要首先确定出杠杆的支点、动力、阻力、动力臂与阻力臂，并画出示意图，图要画得规范，力和力臂尽量按实际比例画，建立直观图景，便于判定。通过这样的方法，我们可以知道，A、B和C是省力杠杆，D是费力杠杆。当然由于实际图形中确定支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂比较困难，建议同学们还是熟记一些常见的省力杠杆、费力杠杆的例子。【总结升华】该题考查了学生对物理模型的抽象、分析能力，判断杠杆的类型可结合生活经验和动力臂与阻力臂的大小关系来判断。举一反三：【变式】（2015•滨州中考）根据工作需要选择合适的工具是劳动者的基本技能．要剪断铁丝等较硬的物体，下图中的4种剪刀应选择（）A．B．C．D．【答案】D5、如图所示，用道钉撬来撬铁路枕木上的道钉，加在道钉撬长柄上的力为180N，它的力臂是50cm，阻力臂长是10cm，则道钉对道钉撬的阻力是多大？【答案与解析】已知：F1＝180N，L１＝50cm，L２＝10cmA撬棒C核桃夹B羊角锤D食品夹求：F２解：∵F1L1=F2L2，∴F２＝F1L1/L2＝180N×50cm/10cm＝900N，答：阻力为900N。【总结升华】对公式F1L1=F2L2，单位可作如下统一：①F1、F２单位必须用N；②L1、L２单位只要一致即可，不必换算成m。举一反三：【变式】有一个动力臂、阻力臂之比为5:2的杠杆，当阻力为500N时，动力多大？【答案与解析】已知L1:L２＝5:2，Ｆ２＝500N求Ｆ１解：∵F1L1=F2L2，∴F１＝F2L2/L1＝500N×2/5＝200N答：动力为200N。6、（2015•贵港模拟）如图所示，O为杠杆的支点，第一次杠杆在重物G和力F1的作用下处于水平位置平衡，如果第二次杠杆在重物G和力F2的作用下仍在图中位置保持平衡，则下列关系中正确的是（）A．F1＞F2B．F1=F2C．F1＜F2D．G＞F2＞F1【答案】C【解析】第一次杠杆在重物G和力F1的作用下处于水平位置平衡时，F1的力臂为O到F1作用点的杆长L1，重力G和重力的力臂L2，由杠杆平衡条件可得：F1•L1=G•L2，又由图可知：L1＜L2，则F1＞G；当第二次杠杆在重物G和力F2的作用下时，F2的力臂为O到F2作用点的杆长为L1′，由图知力臂L1′＜L1，为使杠杆仍在图中位置保持平衡，因重力G和重力的力臂L2均无发生变化，又F2力臂L1′变小，故F2＞F1；由上分析可知，C正确，A、B、D错误。【总结升华】本题支点、重力和重力的力臂均无发生变化，变化的是F的力臂，故能正确找出两力的力臂，即可利用杠杆平衡条件求解。