二、內(nèi)容結(jié)構(gòu)與思維導(dǎo)圖
一、新課標(biāo)要求（2022版）
新課標(biāo)要求（2022版）
2.2.6 知道簡單機械。探究并了解杠桿的平衡條件。3.2.3 知道機械效率。了解提高機械效率的意義和途徑。
1. 杠桿的概念一根硬棒，在力的作用下能繞著固定點轉(zhuǎn)動，這根硬棒就是杠桿。
注意： ① “硬棒” 是指在力的作用不發(fā)生形變。杠桿可以是直的，也可以是彎曲的。②一根硬棒要成為杠桿，應(yīng)具備兩個條件：要有力的作用；能繞某一固定點轉(zhuǎn)動。同時滿足，缺一不可。
2. 描述杠桿特征的“五要素”（1）杠桿的“五要素”①支點：杠桿繞著轉(zhuǎn)動的點O. ②動力：使杠桿轉(zhuǎn)動的力F1.③阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力F2.④動力臂：從支點到__________的距離l1.⑤阻力臂：從支點到阻力作用線的距離l2.
（2）透析杠桿五要素①支點：一定在杠桿上；同一杠桿，使用方法不同，支點位置可能改變。②動力與阻力：作用點都在杠桿上，分別使杠桿向相反方向轉(zhuǎn)動，動力和阻力是相對的。
③力臂：支點到____________的距離，不是支點到作用點的距離；力臂________在杠桿上（選填“一定”或“不一定”）；若力的作用線過支點，則力臂為0。
第一步：先確定支點O和動力F1 、阻力F2的方向；如圖所示。第二步：確定動力和阻力的作用線。從動力、阻力作用點沿力的方向（或反方向）分別畫虛線，即為動力、阻力的作用線，如圖所示。第三步：畫出動力臂和阻力臂。由支點向力的作用線作垂線，從支點到垂足的距離就是力臂，并標(biāo)明動力臂與阻力臂的符號“l(fā)1”、“l(fā)2”，如圖所示。
1. 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，我們就說杠桿平衡了。2. 杠桿的平衡條件 杠桿平衡時：動力×動力臂＝阻力×阻力臂公式表示： F1 L1=F2 L2
注意：①杠桿是否平衡，取決于力和力臂的_______；乘積相等就平衡；否則沿著乘積大的那端轉(zhuǎn)動。②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（cm或m）。
這就是阿基米德發(fā)現(xiàn)的杠桿原理.
知識二、杠桿的平衡條件
1. 杠桿的分類
2. 分析省力杠桿
如圖所示，動力臂 l1大于阻力臂l2 ，動力 F1小于阻力F2，即省力。動力作用點移動的距離AA?大于阻力作用點阻力移動的距離BB? ，即費距離。
3. 分析費力杠桿
甲圖所示是賽艇的船槳，乙圖是船槳的杠桿模型。劃船時船槳繞著支點O轉(zhuǎn)動，手的作用力F1為動力，作用點為A點；水對船槳的力F2為阻力，作用點為B點。因為動力臂l1小于阻力臂l2，所以是費力杠桿，但劃船時手只要移動較小的距離就能使槳在水中移動較大的距離。
4. 分析等臂杠桿 如圖所示的等臂杠桿，動力臂l1等于阻力臂l2，動力F1等于阻力F2 ；使用時，動力作用點移動的距離等于作用點阻力移動的距離，不省距離也不費距離。
【例題1】如圖所示，是使用自拍桿輔助手機進行拍照的示意圖，將自拍桿看作一個杠桿，請畫出作用在B點的阻力F2的阻力臂l2。
延長力F2的作用線，過支點O作力F2作用線的垂線段，垂線段的長即為力F2的力臂L2；如圖所示。
【例題2】如圖所示器具在使用時屬于省力杠桿的是（　?。? A．筷子 B．食品夾 C．鋼絲鉗 D．鑷子
A．筷子使用過程中，動力臂小于阻力臂，是費力杠桿；B．食品夾在使用過程中，動力臂小于阻力臂，是費力杠桿；C．鉗子在使用過程中，動力臂大于阻力臂，是省力杠桿；D．鑷子在使用過程中，動力臂小于阻力臂，是費力杠桿。
A B C D
【例題3】如圖所示，輕質(zhì)杠桿OB可繞O點轉(zhuǎn)動，OA=AB，在A點懸掛物體，在B點豎直向上拉動杠桿使其始終保持水平平衡，拉力為F。下列說法正確的是（　　）A．F的大小為物重的2倍B．物重增加5N，F(xiàn)的大小也增加5NC．物體懸掛點右移，拉力F會增大D．將F改為沿圖中虛線方向，拉力F會減小
【例題4】如圖所示，桿秤砣的質(zhì)量為0.5kg，秤鉤懸掛處A與秤紐O間的距離為6cm，掛上重物后，秤砣移至距O點24cm的B處時，秤桿正好水平，求：（1）秤砣受到的重力（g=10N/kg）；（2）被稱物體的重力；（3）若秤桿長60cm，則這把秤最大能稱量多少kg的物體？
1. 定滑輪（1）定滑輪：使用時，軸固定不動的滑輪，叫定滑輪。（2）定滑輪的特點不省力F=G；不省距離s=h；能改變力的______。
知識四、定滑輪和動滑輪
（3）定滑輪的實質(zhì)——等臂杠桿如圖所示，定滑輪的軸心O為支點，動力臂l1與阻力臂l2都是滑輪的半徑r，它實質(zhì)上可以看成是能夠連續(xù)轉(zhuǎn)動的等臂杠桿。所以使用定滑輪不省力，但可以改變力的方向。
（4）用平衡力的知識研究定滑輪的特點
分析：如圖，在忽略摩擦的情況下，物體受到重力G和拉力F作用，由于物體勻速上升，所以拉力F跟物體的重力G是一對平衡力，大小相等，即F=G。物體向上運動，用力的方向卻是向下，所以，使用定滑輪能改變力的方向。
結(jié)論：使用定滑輪不省力，可以改變力的方向.
2. 動滑輪（1）動滑輪：工作時，軸隨著物體移動的滑輪叫動滑輪。（2）動滑輪的特點： 省力F＜G；費距離s繩=2h物，不能改變力的______。（3）動滑輪的實質(zhì)——動力臂是阻力臂2倍的杠桿如圖所示，定滑輪O為支點，動力臂l1為滑輪的直徑，阻力臂l2為滑輪的半徑，在不計摩擦和動滑輪重時，動力是阻力的一半。
（4）用平衡力的知識研究動滑輪的特點
1. 輪軸 （1）輪軸：由兩個半徑不等的圓柱固定在同一軸線上組成，大的稱為輪，小的稱為軸。（2）輪軸可以看成一個可連續(xù)轉(zhuǎn)動的不等臂杠桿。支點在軸心0，_____R是動力臂，_______r阻力臂。
由杠桿的平衡條件得FR=Gr，因為R>r，所以 FG滑輪。使用甲圖中的滑輪的目的是_________；使用乙圖中滑輪的好處是可以______，機械效率更高的是___（選填“甲”或“乙”）。
【例題10】如圖所示，用滑輪組將重為200N的物體勻速提升3m，所用時間為30s，繩末端施加豎直向上的拉力F為80N，不計繩重和摩擦，下列說法正確的是（　?。〢．此過程總功為600J B．動滑輪的重力為80NC．拉力F的功率為24W D．該滑輪組機械效率約為70%
【例題11】用如圖所示的滑輪組將重為300N的物體以0.1m/s的速度勻速向上提升10s。（1）若不計動滑輪重、繩重和滑輪與軸間的摩擦，求人對繩的拉力F；（2）實際中動滑輪重為40N，人的拉力做功400J，求滑輪組的機械效率以及克服繩重和摩擦所做的額外功。
（1）杠桿是否平衡是由動力、阻力、動力臂和阻力臂共同決定的。為了研究其平衡條件，可以在杠桿處于平衡狀態(tài)時，分別測出動力F1、阻力F2、動力臂l1和阻力臂l2，然后經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)對比，歸納出杠桿的平衡條件。（2）實驗器材：杠桿、鉤碼、鐵架臺、彈簧測力計。（3）實驗數(shù)據(jù)記錄表格
1. 探究杠桿的平衡條件
一、探究杠桿的平衡條件
（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_________平衡。（2）在杠桿兩邊掛不同數(shù)量的鉤碼，把支點右邊的鉤碼對杠桿的作用力當(dāng)作動力F1，支點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，將動力F1、阻力F2、動力臂L1、阻力臂L2的實驗數(shù)據(jù)填入表中。
（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，再做幾次實驗。 （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。
實驗結(jié)果表明，動力臂越長，需要的力越??；動力臂越短，需要的力越大。二者之間是______關(guān)系。
杠桿平衡時，動力×動力臂=阻力×阻力臂，即F1 L1 = F2 L2
（1）杠桿在水平位置靜止的目的是：一是使杠桿的重心在支點，以消除杠桿自身重力對實驗的影響；二是便于直接讀出_______。（2）多次測量獲得多組實驗數(shù)據(jù)的目的是：避免偶然性，獲得普遍性的結(jié)論。（3）在實驗前要調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，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。
（5）彈簧測力計一定沿_____方向施加力。
如圖甲所示，彈簧測力計沿豎直方向施加力時，力臂l1=10cm，可以直接讀出。
如圖乙所示，彈簧測力計不沿豎直方向施力，力臂為l2， l2 ＜l1=10cm，不能直接從杠桿上讀出。
【提出問題】（1）使用定滑輪、動滑輪是否省力（或費力）? （2）使用定滑輪、動滑輪是否省距離（或需要移動更大的距離）? （3）什么情況下使用定滑輪，什么情況下使用動滑輪?【設(shè)計實驗】測出鉤碼的重力，然后使鉤碼分別在不使用滑輪、使用定滑輪、使用動滑輪時勻速向上運動。分別記下整個過程所用拉力的大小及方向、鉤碼移動的距離及方向，然后根據(jù)數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論。
二、研究定滑輪和動滑輪的特點
【進行實驗】（1）如圖甲所示，用彈簧測力計直接測出鉤碼的重力G，并使鉤碼勻速上升h＝10cm。記下鉤碼的重力G、彈簧測力計的示數(shù)F、拉力的方向以及彈簧測力計移動的距離s。（2）如圖乙所示，用繞過定滑輪的輕繩將鉤碼與彈簧測力計相連，并使鉤碼勻速上升h＝10cm。記下鉤碼的重力G、彈簧測力計的示數(shù)F、拉力的方向以及彈簧測力計移動的距離s。
（3）如圖丙所示，將鉤碼掛在動滑輪的鉤上，彈簧測力計與繞過動滑輪的輕繩相連，并使鉤碼勻速上升h＝10cm。記下鉤碼的重力G、彈簧測力計的示數(shù)F、拉力的方向以及彈簧測力計移動的距離s。（4）改變鉤碼的數(shù)量，分別重復(fù)上面的步驟，多做幾次實驗。
【分析論證】（1）分析表格第3列可以得出定滑輪特點：①拉力F與鉤碼所受重力G的大小_______；②彈簧測力計移動的距離s和鉤碼上升的距離h ；③拉力的方向與鉤碼運動的方向 ________。（2）分析表格第4列可以得出動滑輪特點：①拉力F與鉤碼所受重力G的關(guān)系近似為F=G；②彈簧測力計移動的距離s和鉤碼上升的距離h的關(guān)系是s＝__h；③拉力的方向與鉤碼運動的方向 _______。
【實驗結(jié)論】（1）使用定滑輪的特點：使用定滑輪不省力，也不省距離，但可以改變力的______。（2）使用動滑輪的特點：使用動滑輪可以省力，但不能改變力的方向，而且費_____。（3）想要改變用力方向時可以用______滑輪，想要省力時可以用______滑輪。
【實驗注意事項】（1）實驗時應(yīng)勻速拉動彈簧測力計，使鉤碼勻速上升。（2）實驗中彈簧測力計被拉動的方向應(yīng)與并排的繩子平行。（3）選擇質(zhì)量較小的動滑輪以減小滑輪重力對實驗的影響。（4）實驗時應(yīng)選擇較光滑的繩子且要保證滑輪軸間足夠潤滑以減小摩擦對實驗的影響。（5）需鉤碼的數(shù)量進行多次驗以避免實驗結(jié)論的偶然性，從而使實驗結(jié)論更具有普遍性。
知識三、測量滑輪組的機械效率
（4）實驗步驟（1）用彈簧測力計測出鉤碼所受的重力G，按照圖甲所示安裝滑輪組，分別記下鉤碼和繩端的位置。（2）如圖乙所示，豎直勻速緩慢拉動彈簧測力計，使鉤碼升高，讀出拉力F的值，并用刻度尺測出鉤碼上升的高度h和繩端移動的距離s，將這三個量填入表格。
①同一裝置的機械效率并不是固定不變的，與被提升的物重有關(guān)，物體重力越大，機械效率越高；②機械效率還與機械裝置本身有關(guān)，與其結(jié)構(gòu)、自身的重力以及潤滑程度都有關(guān)系。
（1）實驗時拉力的方向應(yīng)盡量____________，應(yīng)在鉤碼__________的過程中讀取拉力的大小。（2）確定繞線方式與承擔(dān)重物繩子的段數(shù)n：與動滑輪連接的段數(shù)即為承擔(dān)重物繩子的段數(shù)，如圖所示，n=3，用“奇動偶定法”確定繞線方式。（3）影響滑輪組機械效率的因素：物體的 、動滑輪的________、繩子與滑輪之間的摩擦力。與繩子的繞法、繩子段數(shù)________。
【例題1】小明利用如圖所示實驗裝置“探究杠桿的平衡條件”：（1）輕質(zhì)杠桿靜止時如圖甲所示，可將左端的平衡螺母向______（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)，使其在水平位置平衡，這樣操作的目的是便于測量________ ；
（2）小明多次實驗并記錄數(shù)據(jù)如表，總結(jié)數(shù)據(jù)得出杠桿的平衡條件_______________；（3）第2次實驗所掛鉤碼的個數(shù)和位置如圖乙所示，此時將兩側(cè)所掛的鉤碼同時向支點O靠近一格，杠桿會__________（選填“左側(cè)下降”、“右側(cè)下降”或“仍水平平衡”）；
動力×動力臂＝阻力×阻力臂
【解析】設(shè)一個鉤碼重為G，一小格長為L，將兩側(cè)鉤碼同時向支點O靠近一格，左端為4G×2L=8GL右端為3G×3L=9GL因為8GL

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