資源簡介

(共33張PPT)
第十一章 簡單機(jī)械
杠桿的平衡條件
第1節(jié)
第1課時
02
能說出杠桿的五要素，理解力臂的概念，會畫杠桿的力臂。
03
能完成“探究杠桿的平衡條件”的實(shí)驗(yàn),能猜想杠桿的平衡條件,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想。
01
能從生活實(shí)例中抽象出杠桿模型,建立杠桿的概念。
鍘紙刀
開瓶器
生活工具
樹枝剪
抽水機(jī)
這些工具在使用時，有什么共同特點(diǎn)？
它們都有一根能繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動的硬棒。
1.定義：物理學(xué)中，在 的作用下能繞著 轉(zhuǎn)動的 稱為杠桿。
認(rèn)識杠桿
一
力
固定點(diǎn)
硬棒
生活中將杠桿靈活組合的應(yīng)用
核桃夾
鉗子
指甲剪
衣服夾
鑷子
筷子
2.杠桿五要素：
F2阻力
l1動力臂
l2阻力臂
(動力作用線)
(阻力作用線)
O支點(diǎn)
杠桿繞著轉(zhuǎn)動的固定點(diǎn)
阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力
支點(diǎn)到動力作用線的距離
支點(diǎn)到阻力作用線的距離
F1動力
支 點(diǎn)(O)：杠桿繞著轉(zhuǎn)動的點(diǎn)。
動 力(F1)：促使杠桿轉(zhuǎn)動的力。
阻 力(F2)：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力。
動力臂(l1)：從支點(diǎn)到動力作用線的距離。
阻力臂(l2)：從支點(diǎn)到阻力作用線的距離。
(力的作用線：過力的作用點(diǎn)，沿力的方向的直線)
這些概念很重要
F1
F2
l1
o
l2
F2
B
O
A
F1
3.作力臂的方法
找出支點(diǎn)的位置
從支點(diǎn)作動力、阻力作用線的垂線
確定動力、阻力作用線
標(biāo)垂足，定力臂
動力臂l１
阻力F2
動力F１
阻力臂l２
支點(diǎn)O
力的
作用線
要把瓶蓋打開，要克服瓶蓋和瓶口之間的摩擦力，瓶蓋給起子的阻力是向下的，動力使起子繞支點(diǎn)O逆時針轉(zhuǎn)動，阻力繞支點(diǎn)O順時針轉(zhuǎn)動，且動力臂大于阻力臂，故B正確。
如圖所示為用起子開瓶蓋的情景，下列杠桿能正確解釋這一現(xiàn)象的是(　　)
杠桿平衡：當(dāng)杠桿在動力和阻力的作用下 靜止 或 勻速轉(zhuǎn)動 時，我們就說此時杠桿處于平衡狀態(tài)。
問題：杠桿在滿足什么條件時才會平衡？
實(shí)驗(yàn)：探究杠桿的平衡條件
二
提出問題
猜想與假設(shè)
杠桿平衡時，動力、動力臂、阻力、阻力臂之間存在著怎樣的關(guān)系？
動力+動力臂=阻力+阻力臂
動力-動力臂=阻力-阻力臂
動力×動力臂=阻力×阻力臂
動力:動力臂=阻力:阻力臂
…………
探究杠桿的平衡條件
①實(shí)驗(yàn)器材：杠桿、鉤碼、鐵架臺、彈簧測力計。
②測量的物理量：力、力臂。
③當(dāng)杠桿平衡時，分別測出動力F1、阻力F2，動力臂L1、阻力臂L2。并多次改變力和力臂的大小，獲取多組數(shù)據(jù)。
設(shè)計實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)次數(shù) 動力F1/N 動力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm
1
2
3
實(shí)驗(yàn)表格
①把杠桿安裝在支架上，調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母， 使杠桿在水平位置平衡。
平衡螺母
實(shí)驗(yàn)前：避免杠桿自身的重力對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。
左偏右調(diào)、右偏左調(diào)
平衡螺母
實(shí)驗(yàn)步驟
②在杠桿兩邊掛不同數(shù)量的鉤碼，把支點(diǎn)右邊的鉤碼對杠桿的作用力當(dāng)作動力F1，支點(diǎn)左邊的鉤碼對杠桿的作用力當(dāng)作阻力F2。
調(diào)節(jié)鉤碼的位置，使杠桿在水平位置重新平衡，便于測量力臂大小。
③改變阻力和阻力臂的大小，相應(yīng)調(diào)節(jié)動力和動力臂的大小，使杠桿在水平位置重新平衡，再做幾次實(shí)驗(yàn)。
④在杠桿的一側(cè)掛上鉤碼作為阻力，通過在其他位置上用彈簧測力計拉住杠桿的辦法使杠桿平衡。
將動力F1、阻力F2、動力臂l1、阻力臂l2記錄在表格中。
注意：彈簧測力計只有沿豎直方向施加力，才可以直接讀出力臂。
F1
o
l1
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄
實(shí)驗(yàn)次數(shù) 動力F1/N 動力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm
1 2 10 1 20
2 3 10 2 15
3 4 5 1 20
交流與小結(jié)
杠桿平衡時 動力×動力臂=阻力×阻力臂，
分析表中的數(shù)據(jù)，找出它們之間的關(guān)系，你從中有什么發(fā)現(xiàn)？
①讓杠桿在水平位置靜止的目的是：
實(shí)驗(yàn)前：避免杠桿自身重力對實(shí)驗(yàn)的影響。
實(shí)驗(yàn)時：便于直接讀出力臂。
②多次測量獲得多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的目的是：
避免偶然性，獲得普遍性的結(jié)論。
③在實(shí)驗(yàn)前要調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，（左偏右調(diào)，右偏左調(diào)）使杠桿水平平衡。掛鉤碼后，不能再調(diào)節(jié)平衡螺母。
④讀數(shù)時，杠桿仍要保持處于水平平衡狀態(tài)，以便直接讀出力臂的長度。
調(diào)節(jié)
平衡螺母
不能調(diào)節(jié)
平衡螺母
【評估與交流】
（a）
⑤彈簧測力計一定沿豎直方向施加力。
如圖（a）所示，彈簧測力計沿豎直方向施加力時，力臂l1是10cm。如果彈簧測力計不沿豎直方向施加力， 如圖（b）所示，則力臂為l2，l2 ＜ l1，將小于10cm，變小。
l1
（b）
l2
∟
杠桿平衡時：動力×動力臂＝阻力×阻力臂
計算公式:
F1 l1=F2 l2
注意：
①應(yīng)用公式計算時，單位要統(tǒng)一，即動力和阻力的單位要用牛（N），動力臂和阻力臂的單位要相同。
②杠桿是否平衡，取決于力和力臂的乘積；乘積相等就平衡；否則沿著乘積大的那端轉(zhuǎn)動。
或變形式:
作用在杠桿上兩個力的大小與他們的力臂成反比。
這就是阿基米德
發(fā)現(xiàn)的杠桿原理。
2. 杠桿的平衡條件
如圖所示，杠桿上的刻度均勻，在A點(diǎn)掛4個鉤碼，要使杠桿在水平位置平衡，應(yīng)在B點(diǎn)掛　個相同的鉤碼；當(dāng)杠桿平衡后，將A、B兩點(diǎn)下方所掛的鉤碼同時朝遠(yuǎn)離支點(diǎn)O方向移動一小格，則杠桿　 　(選填“能”或“不能”)在水平位置保持平衡；實(shí)驗(yàn)中保持杠桿在水平位置平衡的目的是　　 　　　。
6
不能
便于測量力臂大小，消除杠桿自重對杠桿平衡的影響
解析　設(shè)杠桿每一個小格的長度為L，每個鉤碼的重力為G，根據(jù)杠桿的平衡條件得到4G×3L=nG×2L
解得n=6，需在B點(diǎn)掛6個相同的鉤碼。
當(dāng)杠桿平衡后，將A、B兩點(diǎn)下方所掛的鉤碼同時朝遠(yuǎn)離支點(diǎn)方向移動一小格，
杠桿左端力和力臂的乘積：4G×4L=16GL
杠桿右端力和力臂的乘積：6G×3L=18GL
因?yàn)?6GL<18GL，所以杠桿不能平衡。
使杠桿在水平位置平衡的目的是使力臂在杠桿上，便于測量力臂大小，同時消除杠桿自重對杠桿平衡的影響。
找最小的動力
(1)在公式F1l1=F2l2中，若阻力F2和阻力臂l2一定，動力臂l1越長，動力F1越小。
(2)最長動力臂的作法：
如果動力作用點(diǎn)已經(jīng)給出，那么，支點(diǎn)到動力作用點(diǎn)的連線是最長力臂；
如果動力作用點(diǎn)沒有確定，則選擇杠桿上離支點(diǎn)最遠(yuǎn)的點(diǎn)為動力作用點(diǎn)，支點(diǎn)與動力作用點(diǎn)的連線是最長的力臂。
(3)以上方法適用于在阻力F2和阻力臂l2一定的條件下求最小的動力。若阻力F2和動力臂l1一定時，由F1l1=F2l2知，阻力臂l2最小時，動力F1最小。
1．圖所示，在推油桶上臺階時，油桶（ ）
C
A．不是杠桿
B．是杠桿，支點(diǎn)在A點(diǎn)
C．是杠桿，支點(diǎn)在B點(diǎn)
D．無法判斷
解析　由題圖可知將油桶推上臺階的過程中，在推力(可以看作動力)作用下，油桶繞著與臺階的接觸點(diǎn)B轉(zhuǎn)動，油桶的重力可以看作阻力，因此可以看作杠桿，故選C。
2.如圖所示，每個鉤碼的質(zhì)量為50 g，在均勻杠桿的A處掛2個鉤碼，B處掛1個鉤碼，杠桿恰好水平平衡。在A、B兩處再各加1個鉤碼，那么(　　)
A.杠桿仍水平平衡
B.杠桿的左邊向下傾斜
C.杠桿的右邊向下傾斜
D.將A處的鉤碼向左移動一格，杠桿仍能水平平衡
C
解析　設(shè)杠桿一格長為L，每個鉤碼的質(zhì)量50 g，重力為G=mg=0.05 kg× 10 N/kg=0.5 N，在A、B兩處再各加掛一個50 g的鉤碼后，杠桿左端3G×2L=3×0.5 N×2L=3 N×L，右端2G×4L=2×0.5 N×4L=4 N×L，3 N×L <4 N×L，杠桿右邊向下傾斜，故A、B錯誤，C正確；
將A處的鉤碼向左移動一格，杠桿左端3G×3L=3×0.5 N×3L=4.5 N×L，右端2G×4L=2×0.5 N×4L=4 N×L，4.5 N×L>4 N×L，杠桿的左邊向下傾斜，故D錯誤。
3.如圖所示，O為杠桿的支點(diǎn)，第一次杠桿在重物G和力F1的作用下在水平位置平衡。如果第二次杠桿在重物G和力F2的作用下仍在原水平位置平衡，下列說法中正確的是(　　)
A.F1>F2
B.F1C.F1=F2
D.F1、F2的關(guān)系無法確定
B
解析　相比于第一次豎直向上拉，第二次斜拉時動力臂變短，由杠桿平衡條件F1l1=F2l2知，所需要的動力變大，所以F14.杠桿在如圖所示位置靜止，此時杠桿　　(選填“是”或“不是”)處于平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母使杠桿保持水平并靜止，此操作可方便測量力臂，原因是此時　　 　　　　　　　　　　　　。
是
消除了杠桿自重對杠桿平衡的影響，使力臂落在杠桿上
解析　杠桿在題圖所示位置靜止，處于平衡狀態(tài)。調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母使杠桿保持水平并靜止時，杠桿的重心通過支點(diǎn)，消除了杠桿自重對杠桿平衡的影響，且使力臂落在杠桿上，此時支點(diǎn)到力的作用線的距離等于力臂長度。
5.如圖所示，O為杠桿支點(diǎn)，請畫出F1的力臂并用字母l表示。
l

展開更多......

收起↑