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(共22張PPT)
第十一章 機(jī)械與功
11.1 課時1 杠桿及其平衡條件
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.知道什么是杠桿及其五要素，會畫出已知動力和阻力的動力臂或阻力臂。
2.通過實驗，能得出杠桿的平衡條件。
3.利用 F1l1=F2l2 進(jìn)行相關(guān)計算。
阿基米德曾經(jīng)說過：“給我一個支點和一根足夠長的硬棒，我就能撬動地球”。
你認(rèn)為阿基米德的愿望能實現(xiàn)嗎？
新知導(dǎo)入
1.杠桿的定義：
在力的作用下能夠繞支撐點轉(zhuǎn)動的堅實物體都可以看做杠桿。
新知學(xué)習(xí)
杠 桿
一
O(支點)
F1(動力)
F2(阻力)
杠桿繞著轉(zhuǎn)動的固定點
使杠桿轉(zhuǎn)動的力
阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力
杠桿繞著轉(zhuǎn)動的支撐點叫做支點，使杠桿轉(zhuǎn)動的力叫做動力，阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力叫做阻力。
羊角錘
筷子
桿秤
蹺蹺板
扳手
鑷子
生活中常見的杠桿
復(fù)雜的機(jī)械是由簡單機(jī)械組成的。蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、拖拉機(jī)、汽車、起重機(jī)等許多機(jī)器中都包含了各式各樣的杠桿。
杠桿的平衡條件
二
當(dāng)動力和阻力對杠桿的轉(zhuǎn)動效果互相抵消時，杠桿將處于平衡狀態(tài)，這種狀態(tài)叫做杠桿平衡。
觀察 杠桿平衡
圖（a）是一個平衡的杠桿，移動一邊鉤碼的懸掛點，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？如圖（b）所示，用帶桿的滑輪向左（或向右）推動右邊掛鉤碼的懸線，改變作用力的方向（在后面一節(jié)我們將會了解這樣做不會改變力的大小），這時又會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？為什么會發(fā)生這樣的現(xiàn)象？
從上面的實驗可以看出，杠桿的平衡不僅與動力和阻力的大小有關(guān)，還與力的作用點及力的作用方向有關(guān)。
為了便于描述，我們引入力臂的概念。
O(支點)
F1(動力)
F2(阻力)
l2(阻力臂)
l1(動力臂)
支點到動力作用線
的垂直距離
支點到阻力作用線
的垂直距離
動力作用線
阻力作用線
從支點到力的作用線的距離叫做力臂 。從支點 O 到動力 F1 的作用線的距離 L1 叫做動力臂；從支點 O 到阻力 F2 的作用線的距離 L2 叫做阻力臂。
動力F1
阻力F2
O
動力臂
阻力臂
（1）確定支點。
（2）確定動力作用線以及阻力作用線。
（3）由支點向力的作用線作垂線，支點到垂足的距離即為力臂。
力臂的畫法
畫出圖中杠桿各力的力臂。
F1
F2
l1
l2
F1
F2
l1
O
l2
O
力臂是由力的作用點和力的方向共同決定的，它包含了力的兩個要素。因此我們討論力對杠桿的作用效果時，確定了支點之后，只要考慮力的大小和它的力臂就可以了。
提出問題：杠桿在滿足什么條件時才會平衡？
我覺得通過改變裝置兩邊的鉤碼的位置和個數(shù)，使杠桿保持平衡，就可以探究杠桿的平衡條件了.
對！那杠桿兩邊的螺絲是起什么作用的？
一定是開始不掛鉤碼時，用來調(diào)節(jié)杠桿平衡的吧。
實驗裝置
實驗探究 杠桿的平衡條件
杠桿、鉤碼、彈簧測力計、鐵架臺
實驗器材：
測量的物理量：
動力F1、阻力F2、動力臂L1、阻力臂L2
（1）調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿在水平平位置平衡。（怎么調(diào)？調(diào)到水平平衡的目的是什么？）
實驗步驟：
① 哪端高，就把平衡螺母向哪端調(diào)節(jié)，或者杠桿向哪邊偏，就把平衡螺母向反方向調(diào)節(jié)
② 使杠桿在水平位置平衡的原因有兩個：一是消除杠桿自身重力對杠桿平衡的影響；二是可直接從杠桿上讀出力臂的大小。
（3） 把支點左邊的鉤碼重當(dāng)作動力 F1，支點右邊的鉤碼重當(dāng)作阻力 F2，讀出動力臂 L1 和阻力臂 L2，各數(shù)值填入表格中。
（2） 在杠桿兩邊掛上不同數(shù)量的鉤碼，調(diào)節(jié)位置，使杠桿重新平衡。（此時可以調(diào)平衡螺母嗎？）
此時不能再調(diào)平衡螺母
（4） 改變鉤碼的個數(shù)，再做三次，將結(jié)果填入表中。（為什么要多次實驗？）
避免偶然性，找出普遍規(guī)律
（5）求出各次實驗中，動力×動力臂與阻力×阻力臂的值，并加以比較。
分析論證、得出杠桿的平衡條件是：
F1·L1=F2·L2
實驗結(jié)論：
動力×動力臂＝阻力×阻力臂
即：
例題 據(jù)《杭州日報》報道，2001年6月22日，在杭州動物園內(nèi)，一位物理老師利用杠桿原理，僅用小小的彈簧測力計就測出了一頭大象的質(zhì)量。測量時利用了根長度為 12 m 的槽鋼作為杠桿。吊鉤固定于槽鋼的中點O。當(dāng)槽鋼水平靜止時，彈簧測力計示數(shù) F1 為 200 N。測得 l1 為 6 m，l2 為 4 cm。若不計鐵籠的質(zhì)量，請估算大象的質(zhì)量。g 取10N/kg。
杠桿平衡條件的計算
O
l1＝6 m
l2＝4 cm
F1＝200 N
F2
由F1l1＝F2l2 得：
解：
F2
=
F1 l1
l2
=
200 N×6 m
0.04 m
＝3×104 N
=
10 N/kg
3×104 N
=3×103 kg＝3t
m
=
F2
g
=
G
g
1.如圖所示，用瓶起子開啟瓶蓋時可以抽象為一個杠桿，如果不計自重，在圖中，能正確表示瓶起子工作示意圖的是（　　）
A
B
C
D
B
隨堂練習(xí)
2.如圖所示，杠桿處于水平位置平衡。若將兩邊所掛的鉤碼各減去一個，杠桿將（　　）
A．仍繼續(xù)保持水平平衡
B．右端上升，左端下降
C．右端下降，左端上升
D．無法確定杠桿的運動狀態(tài)
C
3．如圖所示，輕桿AB可以繞O點轉(zhuǎn)動，在A點用細(xì)線懸掛一重物，在B點施加一豎直向下的動力，使杠桿在水平位置保持平衡。現(xiàn)將動力的方向改為沿虛線方向，若仍使杠桿在水平位置保持平衡，則（　　）
A．動力臂增大，動力增大
B．動力臂增大，動力減小
C．動力臂減小，動力減小
D．動力臂減小，動力增大
D
杠桿及其平衡條件
杠桿
在力的作用下能夠繞支撐點轉(zhuǎn)動的堅實物體
支 點（O）
動 力（F1）
阻 力（F2）
動力臂（l1）
阻力臂（l2）
杠桿的五要素
杠桿的平衡條件
F1l1=F2l2
課堂小結(jié)

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