2019-2020学年八年级物理下册 专题五 探究杠杆的平衡条件知识点总结及习题精练（pdf，含解析

12019-2020学年第二学期沪粤版八年级（下）物理专题五：探究杠杆的平衡条件【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、杠杆物理学中，把能绕某一固定点转动的硬棒（直棒或曲棒），叫做杠杆。如撬棒、羊角锤等。要点诠释：1、杠杆的五要素：支点：杠杆绕着转动的点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：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)2要点二、杠杆平衡条件杠杆在动力和阻力的作用下处于静止状态，叫做杠杆平衡。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。要点三、杠杆的作用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。要点诠释：杠杆种类构造特点应用举例3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、关于杠杆，下列说法中正确的是（）A．杠杆一定都是直棒B．杠杆一定都省力C．杠杆的支点一定在动力和阻力之间D．既省力又省距离的杠杆一定不存在【答案】D【解析】杠杆可以是直棒，也可以是弯曲的，所以选项A的说法不正确；从力的大小来分类，有省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆，所以选项B的说法不正确；作用在杠杆上的两个力可以在支点的同侧，也可以在异侧，所以选项C的说法不正确；省力杠杆一定费距离，费力杠杆一定省距离，等臂杠杆既不省力也不省距离，所以既省力又省距离的杠杆一定不存在，因此选项D的说法正确，故选D。【总结升华】本题是一道综合性较强的题目，在解题时要结合杠杆的五要素认真分析每一个选项。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。4【思路点拨】掌握力臂的画法，会利用杠杆平衡条件解决实际问题。【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】如图是一个杠杆式简易起吊机，它上面装了一个定滑轮可以改变拉绳的方向，杠杆OBA可绕O点转动，在图上画出动力臂L1和阻力臂L2。【答案】5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。6【答案】右，0.8，省力。4、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】下列几种杠杆类工具，在使用时属于费力杠杆的是（）A．测物体质量的天平B．夹取食物的筷子C．开啤酒瓶盖的扳手D．剪铁皮的剪刀【答案】B5、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？【思路点拨】先判断杠杆的五要素，分别找到使杠杆平衡的动力、动力臂及阻力、阻力臂，A撬棒C核桃夹B羊角锤D食品夹7再利用杠杆平衡条件列方程，求解实际问题。【答案与解析】已知：F1＝180N，L１＝50cm，L２＝10cm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、如图是用羊角锤撬起钉子的示意图。为了撬起钉子，分别用四个力作用在锤柄的末端，其中最小的力是（）A．F1B．F2C．F3D．F4【答案】B【解析】拔钉子时羊角锤是绕O点转动的，即O点是支点；8连接支点O和力的作用点A，当动力与OA垂直时，动力臂最大，因为阻力和阻力臂一定，由杠杆平衡条件可知，此时动力最小。所以F2最小。【总结升华】本题考查了杠杆平衡条件的应用，使用杠杆，若阻力和阻力臂一定，动力臂最大时，动力最小、最省力。习题精练（1）一、选择题1、下列关于杠杆的说法中，错误的是（）A．杠杆可以是直的，也可以是弯的B．动力、阻力使杠杆转动方向相反，但他们的方向不一定C．支点可以在杠杆的端点，也可以在力的作用线之间D．杠杆的长度等于动力臂和阻力臂之和2、如图所示，用一始终与木料垂直的力将木料的一端匀速提起，在这个上升的过程中，力F()A．变大B．变小C．不变D．无法确定3、下图所示的杠杆中，动力的力臂用l表示，图中所画力臂正确的是()4、如图所示是安装在铁道路口的道口栏木机，当火车接近道口时，落下电动栏木机栏杆，阻挡行人和车辆通过，当火车通过后，在A处施加一个动力，可将栏杆拉起来，此时它是一根()9A．省力杠杆B．费力杠杆C．等臂杠杆D．无法确定5、园艺师傅使用如图所示的剪刀修剪树枝时，常把树枝尽量往剪刀轴D处靠近，这样做的目的是为了()A．增大阻力臂，减小动力移动的距离B．减小动力臂，减小动力移动的距离C．增大动力臂，省力D．减小阻力臂，省力6、如图所示，用一细线悬挂一根粗细均匀的轻质细麦秸秆，使其静止在水平方向上，O为麦秸秆的中点。这时有两只大肚皮的蚂蚁同时从O点分别向着麦秸秆的两端匀速爬行，在蚂蚁爬行的过程中，麦秸秆在水平方向始终保持平衡，则()A．两蚂蚁的质量一定相等B．两蚂蚁的爬行速度大小一定相等C．两蚂蚁的质量与爬行速度大小的乘积一定相等D．两蚂蚁对麦秸秆的作用力一定相等7、酒起子也是个杠杆．你注意了吗?用酒起子起酒瓶盖时，起下来的瓶盖有时会发生变形，有时不发生变形。如图所示，用起子起瓶盖时，假设瓶盖没有从B点发生明显弯折，那么这个杠杆的支点是()A．A点B．B点C．C点D．D点二、填空题8、如图所示是撬石头的撬棒，它的支点是________点，动力是________，它是杠杆转动的力。10阻力是________，它是________杠杆转动的力，动力臂是________，阻力臂是________。因为撬棒的动力臂________阻力臂，所以撬棒是________杠杆。9、请根据杠杆平衡条件在下面表格空白处填上适当数据。10、筷子是我国劳动人民的伟大发明，用筷子夹菜时，筷子是杠杆，它的动力是_______对_______的作用力，一般来说筷子是_______杠杆。11、已知作用在某杠杆上的动力是2N，阻力是5N，阻力臂是5cm，为使杠杆平衡，动力臂长________cm，若将阻力增大2.5N，仍使杠杆平衡，不改变力臂长度，动力应增大________N。12、如图所示杠杆中O是支点，杠杆处于水平静止状态，在B点加一个竖直向上的力F＝120N，在右端点D处挂一重物G，已知OD＝0.6cm，BD＝0.2cm，则物重G＝________N。13、在电视剧《三国》中，有这样一个情景：一群士兵力拉动一个杠杆，会将石块抛向敌方阵营它是个________杠杆．要把石块抛出去，图中作用在A点的力沿________方向最小(填“a”、“b”或“c”)。三、作图与实验14、如图所示，杠杆在力F1、F2作用下处于平衡状态，L1为F1的力臂。请在图中作出F2的力11臂L2及力F1。15、在探究“杠杆的平衡条件”实验中：（1）首先，调节杠杆两端的，使杠杆两端在不挂钩码时，保持水平并静止，这样便于。（2）如图所示，杠杆每格长度相同，杠杆的口处已挂着2个0.5N的钩码，要使杠杆平衡，则应在杠杆的处，挂上个0.5N的钩码。16、如图所示，杆秤秤砣的质量为0.1kg，杆秤的质量忽略不计。若杆秤水平静止时，被测物和秤砣到提纽的距离分别为0.05m、0.2m，则被测物的质量为多少千克？习题精练（2）一、选择题1、两个力同时作用在杠杆上，使杠杆处于平衡状态。下列说法正确的是