看古代戰(zhàn)爭片時,經(jīng)常能看到一種攻城用的機械，即人力拋石機，亦稱牽引拋石機，這種機械最早出現(xiàn)于公元前5世紀戰(zhàn)國時期，北周和隋唐時期西傳，先為早期的阿拉伯人使用,后傳入歐洲。這種武器可把石彈、巨石或爆炸物投到敵方的城墻上、城內(nèi)或兵陣內(nèi)而造成破壞。你知道人力拋石機的原理嗎？其中有什么物理奧秘呢?
它們工作時，能繞一個固定點轉(zhuǎn)動。
認識杠桿，能分清杠桿的五要素；（重點）
通過實驗，探究杠桿的平衡條件及應(yīng)用。（重點）
1.定義： 在力的作用下，能繞固定點轉(zhuǎn)動的硬棒，叫做杠桿。
注意：硬棒可以是直,也可以是彎曲的,即硬棒可以是各種各樣的形狀。
道釘撬 火鉗 獨輪車
杠桿是最簡單的簡單機械
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
阻力與杠桿轉(zhuǎn)動方向相反。
注意：動力與杠桿轉(zhuǎn)動方向相同。
支 點(O)：杠桿繞著轉(zhuǎn)動的點。
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)：從支點到動力作用線的垂直距離。
阻力臂(l2)：從支點到阻力作用線的垂直距離。
(力的作用線：過力的作用點，沿力的方向的直線)
（1）作用在杠桿上的動力和阻力是相對而言的，動力和阻力使杠桿轉(zhuǎn)動的方向一定是相反的，但動力和阻力的方向不一定相反。
（2）力臂不一定在杠桿上，當力的作用線不垂直于杠桿時，力臂與杠桿不重合。（3）支點一定在杠桿上，動力和阻力可以在支點兩側(cè)，也可在支點同側(cè)。
（4）當力的作用線恰好通過支點時力臂為零，這個力不能使杠桿轉(zhuǎn)動。
（1）確定支點O。先假設(shè)杠桿轉(zhuǎn)動， 則杠桿上相對靜止的點即為支點。
（2）確定動力和阻力的作用線。從動力、阻力作用點沿力的方向分別畫直線或反向延長線，即動力、阻力的作用線。
（3）從支點作動力、阻力作用線的垂線（4）標垂足，畫出動力臂和阻力臂，并標注。從支點向力的作用線作垂線段，在垂線段旁標注力臂的名稱。
當表示力的線段比較短時，可將力的作用線延長，然后過支點作延長線的垂線段，即為力臂。
注意延長部分要用虛線表示
從支點作動力、阻力作用線的垂線
標垂足，畫出動力臂和阻力臂，并標注。
判斷下面畫的力臂是否正確，錯誤的指出原因。
不是作用點到支點的距離
不是支點到作用線端點的距離
不是垂足到作用點的距離
首先確定動力作用線，其次確定動力作用點，最后確定動力的方向。
你還能舉出杠桿的其他實例嗎？并標出支點O、動力F1和阻力F2、動力臂l1和阻力臂l2。
畫出圖中杠桿各力的力臂。
如圖所示，一個繞O點轉(zhuǎn)動的杠桿，已知阻力F2的方向，以及動力 F1的力臂l1 ，在圖中作出阻力F2的力臂l2以及動力F1的示意圖。
1.杠桿平衡：杠桿在動力和阻力作用下靜止時（或緩慢的在做勻速轉(zhuǎn)動時），我們就說杠桿平衡。
問題：杠桿在滿足什么條件時才會平衡？
設(shè)計實驗：當杠桿平衡時，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，獲取多組數(shù)據(jù)，從而分析總結(jié)出杠桿的平衡條件。
實驗器材：帶等分刻度的均質(zhì)木尺、鉤碼、鐵架臺、彈簧測力計。
2.探究杠桿的平衡條件
（1）調(diào)節(jié)平衡螺母，使杠桿水平平衡。
（2）杠桿兩端掛上不同數(shù)量的鉤碼，移動鉤碼的位置，使杠桿水平平 衡。
目的：使杠桿的重力作用線通過杠桿支點，避免杠桿自身重力 對杠桿平衡的影響。
目的：保證力臂沿杠桿，便于測量力臂。
（3）將動力F1、阻力F2、動力臂l1、阻力臂l2記錄表格中。
調(diào)節(jié)方法：杠桿哪端高，就向哪端調(diào)節(jié)平衡螺母。 即“左低右調(diào)、右低左調(diào)”
（4）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，再做幾次實驗。 （5）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記錄表格中。
目的：使實驗結(jié)論具有普遍性。
　杠桿平衡時，動力×動力臂=阻力×阻力臂。
例1 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12m的槽鋼作為杠桿。吊鉤固定于槽鋼的中點O。當槽鋼水平靜止時，彈簧測力計示數(shù)F1為200N。測得l1為6m，l2為4cm。若不計鐵籠的質(zhì)量，請估算大象的質(zhì)量。g取10N/kg。
由F1l1＝F2l2 得：
=3×103kg = 3 t
杠桿上離支點（O）最遠的點(A)作為作用點，且力的方向與OA垂直，此時所施加的力最小。
例2.如圖開瓶器開啟瓶蓋時可抽象為一杠桿，不計自重。下圖能正確表示它工作示意圖的是（　?。? A B C D
例3 如右圖所示，在C點用力把桌腿A抬離地面時，桌腿B始終沒有移動，請在C點畫出最小作用力的示意圖。
例4 如圖為探究杠桿平衡條件的實驗裝置，杠桿平衡時，鉤碼對杠桿的阻力F2=10N，阻力臂l2=20cm，測力計示數(shù)F1=25N，則動力臂l1為（　?。〢．15cm B．8cm C．50cm D．80cm
解析：根據(jù)杠桿的平衡條件F1l1=F2l2得動力臂：
在力的作用下，能繞固定點轉(zhuǎn)動的硬棒，叫做杠桿
1. 一位泰山挑山工用一根長1.8m的扁擔挑起貨物，如圖為扁擔示意圖，若在扁擔的A端掛200N的物體，B端掛300N的物體，挑起重物時使扁擔水平平衡，則挑山工肩膀需頂在距A端_________m遠的位置（不計扁擔的重力）。
2.小明小組利用如圖所示的裝置探究“杠桿平衡條件”時，在杠桿兩側(cè)掛上不同個數(shù)的鉤碼，移動鉤碼使杠桿在水平位置平衡，這樣三次實驗后得出結(jié)論：動力×支點到動力作用點的距離=阻力×支點到阻力作用點的距離。下列能幫助他得出正確結(jié)論的操作是 (　　)A.去掉一側(cè)鉤碼，換用彈簧測力計豎直向下拉B.去掉一側(cè)鉤碼，換用彈簧測力計斜向下拉C.去掉一側(cè)鉤碼，換用彈簧測力計豎直向上拉D.增加鉤碼個數(shù)，再多次實驗使結(jié)論更具普遍性
3. 小明利用杠桿做了以下實驗，實驗時使用的每個鉤碼的質(zhì)量均相等，杠桿上相鄰刻線間的距離相等，請回答下列問題：（1）如圖甲所示，將杠桿中點置于支架上，當杠桿靜止時，發(fā)現(xiàn)杠桿的左端下沉，若想使杠桿在水平位置平衡，應(yīng)將杠桿的平衡螺母向_________調(diào)節(jié)。杠桿在水平位置平衡后，在A點懸掛2個鉤碼，要使杠桿在水平位置再次平衡，需在B點懸掛_________個鉤碼；之后在A、B兩點再各增加1個鉤碼，杠桿將_________ （選填“不動”、“順時針旋轉(zhuǎn)”或“逆時針旋轉(zhuǎn)”）。
（2）如圖乙所示，小明在A、C兩點分別懸掛等重的載物盤，制作了一個天平，左盤盛放物體，右盤加減砝碼，此天平是利用了哪一類杠桿制作而成的？________________。（3）小明正確使用自制天平稱量 物體質(zhì)量時：①假如支點O因某種原因向右偏移，則測量值_________真實值（選填“大于”“等于”或“小于”）；②假如砝碼因生銹等原因質(zhì)量增大，則測量值_________真實值（選填“大于”“等于”或“小于”）。

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第1節(jié) 杠桿

版本： 人教版（2024）

年級： 八年級下冊（2024）

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