1.認(rèn)識(shí)杠桿，通過課堂作圖分析，知道杠桿的特點(diǎn)即五要素2.通過實(shí)驗(yàn)探究、現(xiàn)象分析，知道杠桿的平衡條件3.能夠運(yùn)用杠桿平衡條件計(jì)算并解釋一些生活問題4.通過課堂探究、理論分析，能對(duì)杠桿進(jìn)行分類，能夠辨析三類杠桿并分辨生活中常見物體的杠桿類型5.了解特殊杠桿——輪軸，和我國(guó)古代對(duì)杠桿原理的應(yīng)用
只要給我一個(gè)支點(diǎn)，我就可以移動(dòng)地球。——阿基米德
實(shí)際生產(chǎn)生活中有各種不同的剪刀，這些剪刀在結(jié)構(gòu)上有什么不同？適用的場(chǎng)合有什么不同？這些不同的背后蘊(yùn)含著什么物理道理？
想一想，它們?cè)谑褂弥杏惺裁垂餐攸c(diǎn)?
定義：我們把這種利用直桿或曲桿，在力的作用下繞桿上一固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的簡(jiǎn)單機(jī)械叫作杠桿。
共同特點(diǎn):這幾種工具在使用過程中都是繞某一固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的。
這個(gè)“繞桿上一固定點(diǎn)”的固定點(diǎn)叫支點(diǎn)，通常用O表示。
使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫動(dòng)力，阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫阻力。
支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離叫動(dòng)力臂，支點(diǎn)到阻力作用線的距離叫阻力臂。
用硬棒撬石頭的示意圖:
硬棒就是一個(gè)杠桿，其中O為支點(diǎn)，F(xiàn)1為動(dòng)力，L1為動(dòng)力臂，F(xiàn)2為阻力，L2為阻力臂。
討論分析此圖杠桿的要素
根據(jù)前面幾幅圖分析杠桿的支點(diǎn)所在位置有兩種情況：1.在兩力之間 2.在兩力之外
2，分析阻力和動(dòng)力，并沿力的方向畫出力的作用線。
3，從支點(diǎn)向力的作用線作垂線段，即為對(duì)應(yīng)力的力臂。
1.實(shí)驗(yàn)猜想：杠桿的平衡條件與什么有關(guān)？
動(dòng)力，阻力，動(dòng)力臂，阻力臂。
2.實(shí)驗(yàn)器材：杠桿、鉤碼、彈簧測(cè)力計(jì)、鐵架臺(tái)等。
實(shí)驗(yàn)：探究杠桿的平衡條件
甲，杠桿在水平位置平衡，便于在杠桿上直接讀出力臂的大小。
3.實(shí)驗(yàn)裝置：思考實(shí)驗(yàn)裝置使用甲還是乙，理由是什么？
（1）實(shí)驗(yàn)前，調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡。
哪一端高，平衡螺母就向哪一端調(diào)。即杠桿右端高，平衡螺母向右調(diào)；左端高，平衡螺母向左調(diào)。
調(diào)節(jié)杠桿水平位置平衡的目的：消除杠桿自重對(duì)杠桿平衡的影響。
（2）在杠桿的兩側(cè)分別掛上一串一定數(shù)量的鉤碼，調(diào)節(jié)其位置，讓杠桿再次水平平衡。
討論：看圖彈簧測(cè)力計(jì)討論我們應(yīng)使用哪種方式拉動(dòng)，說明理由。
提示：掛鉤碼后，不能再動(dòng)平衡螺母
第一種。便于直接讀取力臂大小，只有杠桿水平位置平衡且彈簧測(cè)力計(jì)豎直向下拉，力臂正好在杠桿上。
（3）然后通過增減鉤碼的數(shù)量，或用彈簧測(cè)力計(jì)替換其中一串鉤碼拉杠桿，改變動(dòng)力或動(dòng)力臂的大小，并隨之調(diào)節(jié)阻力或阻力臂的大小，使杠桿在水平位置重新平衡。
使用控制變量法多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
目的：避免實(shí)驗(yàn)的偶然性，得出普遍性規(guī)律。
由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)力動(dòng)力臂阻力阻力臂進(jìn)行定量分析得：F1l1＝ F2l2
結(jié)論：杠桿的平衡條件:動(dòng)力×動(dòng)力臂 ＝ 阻力×阻力臂
提示：利用此公式計(jì)算時(shí)，力和力臂的單位各自要統(tǒng)一。
?圖甲是某實(shí)驗(yàn)小組探究“杠桿的平衡條件”的實(shí)驗(yàn)裝置。 （1）掛鉤碼前，杠桿在圖甲所示的位置靜止，此時(shí)杠桿處于______（選填“平衡”或“非平衡”）狀態(tài)；要想使杠桿在水平位置平衡，接下來應(yīng)將杠桿兩端的螺母向______（選填“左”或“右”）側(cè)調(diào)節(jié)； （2）圖乙是一個(gè)平衡的杠桿，此時(shí)調(diào)節(jié)杠桿在水平方向平衡的目的是________________。此時(shí)若推動(dòng)右側(cè)鉤碼的懸線（如圖丙所示），就會(huì)發(fā)現(xiàn)杠桿______（選填“左端下沉”、“仍然平衡”或“右端下沉”）；
?（3）小組中有的同學(xué)采用在圖乙右端用彈簧測(cè)力計(jì)代替鉤碼，將測(cè)力計(jì)豎直向下拉的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣做的好處是______________________ ； （4）在探究過程中，需要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)的目的是_____________________ ；通過實(shí)驗(yàn)，得出杠桿平衡條件是__________________； （5）某同學(xué)提出，若支點(diǎn)不在杠桿的中點(diǎn)，杠桿的平衡條件是否仍然成立？于是該小組利用圖丁所示的裝置進(jìn)行探究，以彈簧測(cè)力計(jì)的拉力為動(dòng)力F1，鉤碼對(duì)繩子拉力為阻力F2，多次改變動(dòng)力作用點(diǎn)的位置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)杠桿水平平衡時(shí)，F(xiàn)1l1______F2l2，其原因可能是______________________ 。
彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量拉力更加精確，直觀簡(jiǎn)單
得到普遍規(guī)律，避免偶然性
F1l1＝ F2l2
如圖所示，小明正在做俯臥撐，把他的身體看作一個(gè)杠桿，O為支點(diǎn)，?A?為重心，他的體重為600N。求： （1）動(dòng)力臂L1；???????（2）雙手支持力F。?????????
利用撬棒只要用較小的力就能撬動(dòng)較重的物體，利用羊角錘只要用較小的力就能拔出釘子。這類杠桿是省力杠桿，它們的動(dòng)力臂大于阻力臂，使用它們可以省力。
劃船者需要用較大的力拉動(dòng)槳柄才能使槳葉在水中劃動(dòng)，但是劃船者的手移動(dòng)較小的距離，就能使槳葉在水中移動(dòng)較大的距離。
這類杠桿是費(fèi)力杠桿，它們的動(dòng)力臂小于阻力臂。
動(dòng)力臂等于阻力臂，根據(jù)杠桿平衡條件可得，動(dòng)力等于阻力，此類杠桿為等臂杠桿。
特點(diǎn)：等臂杠桿既不省力也不省距離，是為了改變力的方向
如圖所示，從杠桿的分類來說，食品夾屬于______杠桿，若需要夾起一個(gè)較滑且較重的食物，握夾子的手指應(yīng)該距離食物更_____?（填“近”或“遠(yuǎn)”）。 ???
請(qǐng)對(duì)下列器具應(yīng)用的杠桿進(jìn)行分類：
輪軸也是一種常見的簡(jiǎn)單機(jī)械，由具有共同轉(zhuǎn)動(dòng)軸的大輪和小輪組成。習(xí)慣把大輪叫輪，小輪叫軸。
常見的汽車方向盤和閥門旋鈕都是輪軸類機(jī)械。
輪軸可看作杠桿的變形，本質(zhì)上是一個(gè)可以連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的杠桿。
轆轤是典型的輪軸，其中輪的半徑為R，軸的半徑為r。由杠桿平衡條件可知F1R=F2r，因?yàn)檩啺霃絉大于軸半徑r，所以作用在輪上的力F1總是小于作用在軸上的力F2。因此使用轆轤可以省力。
戥(děng)子是我國(guó)中藥店常用的一種稱量藥材質(zhì)量的工具。它由秤桿、秤盤和秤砣等組成。
操作：試著用一根筷子或細(xì)竹棍作秤桿，一個(gè)螺母或其他重物作秤砣，一個(gè)硬紙盤或紙杯作秤盤，一段細(xì)線作提組，制作一把戥子。利用砝碼或已知質(zhì)量的物品標(biāo)出秤桿上的刻度，并觀察刻度是否均勻。
1981年，在長(zhǎng)沙發(fā)掘出土了一套戰(zhàn)國(guó)時(shí)代的天平和砝碼。這架天平制作精細(xì)，大小跟我們現(xiàn)在做實(shí)驗(yàn)用的天平差不多。
在木質(zhì)橫梁的中點(diǎn)拴有絲線提紐，橫梁兩端各系一個(gè)銅盤，并配有9個(gè)規(guī)格不同的砝碼。從這架天平來看，當(dāng)時(shí)的稱量已經(jīng)相當(dāng)精確了。
對(duì)于杠桿的原理，我國(guó)古代人民也進(jìn)行了深入的研究。早在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，墨子就對(duì)杠桿的原理做出了精辟的表述。他指出，稱重物時(shí)秤桿之所以會(huì)平衡，是因?yàn)椤氨尽倍獭皹?biāo)”長(zhǎng)。用現(xiàn)代的科學(xué)語(yǔ)言來說,“本”即為阻力臂,“標(biāo)”即為動(dòng)力臂，寫成力學(xué)公式就是動(dòng)力×動(dòng)力臂(“標(biāo)”)=阻力×阻力臂(“本”)。
1.如圖，重力為G的均勻硬棒懸于O點(diǎn)成豎直狀態(tài)，在下端施加一個(gè)水平向左的拉力讓棒勻速轉(zhuǎn)過θ角（θ＜90°）。在硬棒轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中動(dòng)力大?。ā　。〢．一直不變 B．逐漸變小 C．逐漸變大 D．無法確定
2.骨骼、肌肉和關(guān)節(jié)等構(gòu)成了人體的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，人體中最基本的運(yùn)動(dòng)大多是由肌肉牽引骨骼繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的。下列關(guān)于人體中的杠桿說法正確的是（　　）A．圖甲：手托重物時(shí)，可視為省力杠桿B．圖甲：手托重物時(shí)，肱二頭肌對(duì)前臂的牽引力是阻力C．圖乙：踮腳時(shí)，可視為費(fèi)力杠桿D．圖乙：向上踮腳的過程中，腓腸肌對(duì)足部骨骼的牽引力是動(dòng)力
3.我國(guó)民俗活動(dòng)豐富多彩，在立夏時(shí)節(jié)，有的地方會(huì)給孩子稱體重，冀求孩子健康成長(zhǎng)，俗稱“立夏秤人”。如圖所示，若小孩和籃子的總質(zhì)量為10kg,調(diào)整秤砣的位置，使桿秤處于水平平衡狀態(tài)（忽略繩重和桿重），此時(shí)OA=3cm,OB=10cm。下列說法錯(cuò)誤的是（　?。〢．該秤砣的質(zhì)量為3kgB．若秤砣被碰掉一塊，所稱質(zhì)量偏大C．要使該桿秤的量程變大，應(yīng)該換用質(zhì)量更小的秤砣D．若換稱質(zhì)量較小的孩子，當(dāng)秤桿水平平衡后，秤砣的懸掛點(diǎn)在B點(diǎn)左邊
動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂

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第一節(jié) 杠桿

版本： 北師大版（2024）

年級(jí)： 八年級(jí)下冊(cè)（2024）

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