簡(jiǎn)單機(jī)械——杠桿基礎(chǔ)知識(shí)

簡(jiǎn)單機(jī)械-杠桿基礎(chǔ)知識(shí)精講年級(jí)：九年級(jí)科目：科學(xué)類型：同步制作人：王要【知識(shí)新授】：杠桿一、杠桿(1)杠桿定義：一根硬棒，在力的作用下如果能夠繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，這根硬棒就叫杠桿。杠桿五要素：支點(diǎn)O：杠桿繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)；動(dòng)力F1：使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力；阻力F2：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力；動(dòng)力臂l1：支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離；阻力臂l2：支點(diǎn)到阻力作用線的距離。(2)杠桿的平衡條件杠桿平衡：當(dāng)有兩個(gè)力或幾個(gè)力作用在杠桿上，若杠桿保持靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則杠桿平衡。平衡條件：動(dòng)力動(dòng)力臂阻力阻力臂即F1L1=F2L2(3) 杠桿的分類種類力臂關(guān)系力的關(guān)系特點(diǎn)應(yīng)用舉例省力杠桿費(fèi)力杠桿等臂杠桿 (4)實(shí)驗(yàn)探究：杠桿的平衡條件1、器材：杠桿和它的支架，鉤碼、尺、線。2、實(shí)驗(yàn)操作步驟。如圖，將杠桿的支點(diǎn)支在支架上，調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿在水平位置處于平衡狀態(tài)。思考：為什么杠桿要處于水平位置平衡?在杠桿的兩邊分別掛上不同數(shù)量的鉤碼，在杠桿上左右移動(dòng)懸掛的位置，直到杠桿再次達(dá)到水平位置處于平衡狀態(tài)。用直尺量出動(dòng)力臂L1、阻力臂L2，填入表內(nèi)。改變力和力臂的大小，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)4次，將有關(guān)數(shù)據(jù)填入表內(nèi)。分析綜合上述各組數(shù)據(jù)，得出結(jié)論： F1L1=F2L2 (5)注意：杠桿可以是直的，也可以是彎的。動(dòng)力和阻力使杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向剛好相反。決定杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的是力和力臂的乘積大小。要使動(dòng)力最小，必須使動(dòng)力臂最長(zhǎng)（如下兩圖所示）。實(shí)際應(yīng)用中要分清五要素，在列平衡式求解。【經(jīng)典例題】【例1】使用杠桿為我們的生活帶來(lái)方便，下列杠桿的使用能夠省距離的是（）A.開(kāi)瓶器 B鑷子C.鉗子D自行車(chē)手閘參考答案：B【解析】：A、開(kāi)瓶器在使用過(guò)程中，動(dòng)力臂大于阻力臂，是省力杠桿，但費(fèi)距離；B、鑷子在使用過(guò)程中，動(dòng)力臂小于阻力臂，是費(fèi)力杠桿，但省距離；C、鉗子在使用過(guò)程中，動(dòng)力臂大于阻力臂，是省力杠桿，但費(fèi)距離；D、自行車(chē)手閘在使用過(guò)程中，動(dòng)力臂大于阻力臂，是省力杠桿，但費(fèi)距離；故選B【例2】如圖所示的四種情景中，所使用的杠桿屬于費(fèi)力杠桿的是（）羊角錘 B筷子C.啟瓶器 D獨(dú)輪車(chē)參考答案：B【解析】：A、羊角錘在使用過(guò)程中，動(dòng)力臂大于阻力臂，是省力杠桿，不符合題意B、筷子在使用過(guò)程中，動(dòng)力臂小于阻力臂，是費(fèi)力杠桿，符合題意C、啟瓶器在使用過(guò)程中，動(dòng)力臂大于阻力臂，是省力杠桿，不符合題意D、獨(dú)輪車(chē)在使用過(guò)程中，動(dòng)力臂大于阻力臂，是省力杠桿，不符合題意故選B【例3】如圖為用瓶起開(kāi)啟瓶蓋的情景，關(guān)于該瓶起使用時(shí)的杠桿示意圖正確的是（）ABCD參考答案：D【解析】：在使用瓶起時(shí)，支點(diǎn)在最前端，而AB的支點(diǎn)搞錯(cuò)，所以錯(cuò)誤；動(dòng)力F1方向向上，而阻力F2方向向下，所以C錯(cuò)誤、D正確故選D三作圖題（共5小題）【例4】按照題目要求作圖，如圖，舉著啞鈴的前臂骨骼可看成杠桿，畫(huà)出動(dòng)力F1的示意圖及阻力F2的力臂L2參考答案：如下圖【解析】：當(dāng)手握啞鈴向上曲肘時(shí)，若把前臂看成杠桿，支點(diǎn)在肘關(guān)節(jié)的O位置，肱二頭肌收縮抬起前臂是動(dòng)力F1，方向斜向上；啞鈴作用在手上產(chǎn)生的力是阻力，從支點(diǎn)向F2做垂線段，得到F2的力臂L2如圖所示：【例5】如圖為吊車(chē)起吊貨物的工作示意圖，請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出動(dòng)力、阻力和阻力臂參考答案：如下圖【解析】：由圖知，吊車(chē)起吊貨物時(shí)，O是支點(diǎn)，撐桿施加的是動(dòng)力F1，方向與吊臂垂直；貨物施加的是阻力F2，方向豎直向下；從支點(diǎn)到阻力作用線的垂線段是阻力臂L2如圖所示：【例6】如圖所示，杠桿處在平衡狀態(tài)，請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出動(dòng)力F1和阻力臂L2參考答案：如下圖【解析】：從支點(diǎn)O作F2作用線的垂線段就是F2的力臂L2；過(guò)動(dòng)力臂L1的末端作垂直于動(dòng)力臂的作用力F1，與杠桿的交點(diǎn)為力的作用點(diǎn)，為使杠桿平衡，動(dòng)力的方向應(yīng)斜向下，如圖所示：【例7】如圖用羊角錘拔釘子時(shí)把羊角錘看作杠桿，O為支點(diǎn)，畫(huà)出在A點(diǎn)施加的最小力F的示意圖及其力臂L參考答案：如下圖【解析】：由杠桿的平衡條件F1L1=F2L2可知，當(dāng)動(dòng)力臂最大時(shí)，動(dòng)力最小，即最省力，最長(zhǎng)的力臂即支點(diǎn)與作用點(diǎn)的連線，然后根據(jù)力臂的畫(huà)法作出垂直于力臂的作用力即可如圖所示：【例8】畫(huà)出使杠桿AOBCD在如圖所示位置靜止時(shí)所用最小力F的作用點(diǎn)和方向參考答案：如下圖【解析】：由圖知，O為支點(diǎn)，則以O(shè)D為動(dòng)力臂最長(zhǎng)，所以用力方向與OD垂直向下，最省力，如圖所示：【例9】 “節(jié)約用水，人人有責(zé)”如圖甲是用水后及時(shí)關(guān)閉水龍頭時(shí)的情景，水龍頭手柄看作是一個(gè)杠桿，請(qǐng)你在圖乙所示的示意圖中畫(huà)出阻力臂L2，并畫(huà)出施加在A點(diǎn)的最小動(dòng)力F1及其力臂L1參考答案：作圖如下【解析】：過(guò)O點(diǎn)作阻力F2的垂線，即為阻力F2對(duì)支點(diǎn)O的力臂L2；動(dòng)力最小，即動(dòng)力臂最長(zhǎng)，阻力的方向已標(biāo)出，所以動(dòng)力的方向應(yīng)該向下，連接支點(diǎn)O與A點(diǎn)，過(guò)A點(diǎn)作OA的垂線就得到在A點(diǎn)施加的最小動(dòng)力F1，OA即為動(dòng)力臂L1，如下圖所示【知識(shí)點(diǎn)拓展】投石機(jī)中國(guó)的投石器最早出現(xiàn)于戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，用人力在遠(yuǎn)離投石器的地方一齊牽拉連在橫桿上的梢（炮梢，架在木架上，一頭用繩索栓住容納石彈的皮套，另一頭系以許多條繩索，方便人力拉拽）將石彈拋出，分單梢和多梢。最多的有十三梢，最多需500人施放。唐至德二年（757年），正值安史之亂時(shí)期，史思明、蔡希德發(fā)兵十萬(wàn)進(jìn)攻太原，太原守將李光弼曾使用投石機(jī)擊斃安史叛軍十分之二三。北宋開(kāi)寶八年（975年），宋朝在攻滅南唐時(shí)使用了“火炮”。這是一種使用可燃燒彈丸的投石機(jī)。北宋政府在建康府（今江蘇南京）、江陵府（今湖北江陵）等城市建立了火藥制坊，制造了火藥箭，火炮等以燃燒性能為主的武器，宋敏求在東京記載，京城開(kāi)封有制造火藥的工廠，叫“火藥窯子作”。這時(shí)的彈丸已可爆炸，聲如霹靂，故稱之“霹靂炮”。靖康元年（1126年），金入圍攻汴京，李綱在守城時(shí)曾用霹靂炮擊退金兵，“夜發(fā)霹靂炮以擊賊，軍皆驚呼”。南宋初年，右正議大夫陳規(guī)著守城機(jī)要，其中對(duì)投石機(jī)（炮）有詳細(xì)闡述。南宋紹興三十一年（1161年），宋軍已經(jīng)將霹靂炮裝備在水師艦船上。金海陵王完顏亮撕毀紹興和議伐宋時(shí)，虞允文在采石磯反擊金軍渡江，“舟中忽放一霹靂炮，蓋以紙為之，自空而下，其聲如雷，紙裂而石灰散為煙霧，瞇其人馬之目，人物不相見(jiàn)。逐大敗之”。后來(lái)蒙古南侵之時(shí)，金軍也學(xué)會(huì)類似的方法抗蒙。蒙古軍隊(duì)則從波斯人那里學(xué)來(lái)“回回炮”“襄陽(yáng)炮”，即“平衡重錘投石機(jī)”，又稱“配重式投石機(jī)”。用絞盤(pán)升起重物，靠重物下墜的勢(shì)能轉(zhuǎn)化動(dòng)能把杠桿另一頭的炮彈射出。其平衡重錘重量通常在4到10噸左右，以致整個(gè)投石機(jī)形體龐大。元史阿里海牙傳載：“會(huì)有西域人亦思馬因獻(xiàn)新炮法，因以其人來(lái)軍中?！薄皺C(jī)發(fā)，聲震天地，所擊無(wú)不摧陷，入地七尺”。到了14世紀(jì)中期，有的拋機(jī)竟能拋射將近1000磅重的彈體。威力巨大。精練年級(jí)：九年級(jí)科目：科學(xué)類型：同步知識(shí)點(diǎn)：杠桿基礎(chǔ)知識(shí)難度：基礎(chǔ)總題量：15 預(yù)估總時(shí)間:30min一選擇題（共2小題）1下列關(guān)于杠桿的說(shuō)法正確的是（）A杠桿必須是一根直棒B杠桿的支點(diǎn)一定在杠桿的中間C杠桿可以是直的，也可以是彎曲的D所謂動(dòng)力、阻力都是杠桿給其它物體的力參考答案：C【解析】A、C、杠桿是一根能夠承受力的硬棒，可以是直的，也可以是彎的選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確；B、杠桿的支點(diǎn)可以在兩個(gè)力之間，但不一定是杠桿的中點(diǎn)，也可以在杠桿的一端此選項(xiàng)錯(cuò)誤；D、使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫動(dòng)力，阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫阻力動(dòng)力、阻力都是杠桿受到的力此選項(xiàng)錯(cuò)誤故選C2關(guān)于杠桿的下列說(shuō)法正確的是（）A從動(dòng)力作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離叫做動(dòng)力臂B力臂不一定在杠桿上C與杠桿垂直作用的力最大D杠桿越長(zhǎng)，用起來(lái)越省力參考答案：B【解析】A、從支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離叫做動(dòng)力臂，故A錯(cuò)誤；B、因?yàn)榱Ρ凼侵c(diǎn)到力作用線的距離，故力臂不一定在杠桿上，故B正確；C、作用在杠桿上的力大小取決于對(duì)應(yīng)力臂大小，故C錯(cuò)誤；D、根據(jù)杠桿平衡條件可知，當(dāng)阻力和阻力臂乘積一定時(shí)，動(dòng)力臂越長(zhǎng)越省力，故D錯(cuò)誤故選：B二填空題（共6小題）3如圖是工人經(jīng)常使用的鐵鍬，如果把鐵鍬當(dāng)作費(fèi)力杠桿，則支點(diǎn)是點(diǎn)，動(dòng)力作用點(diǎn)是點(diǎn)參考答案：C；B【解析】如圖并結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)可知：若把鐵鍬看作是費(fèi)力杠桿時(shí)，C點(diǎn)是支點(diǎn)，B點(diǎn)是動(dòng)力作用點(diǎn)4如圖是同學(xué)們常用的燕尾夾，AB=BC，當(dāng)用力摁住C點(diǎn)打開(kāi)該夾子時(shí)，可把點(diǎn)看作支點(diǎn)，此時(shí)夾子可近似看作杠桿（選填“省力”、“費(fèi)力”或“等臂”）參考答案：B；等臂【解析】當(dāng)用力摁住C點(diǎn)打開(kāi)該夾子時(shí)，AC是圍繞B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的，故B為支點(diǎn)；由于AB=BC，故動(dòng)力臂等于阻力臂，為等臂杠桿5如圖所示，杠桿的支點(diǎn)是，動(dòng)力F1的力臂是，它是一個(gè)杠桿參考答案：O；OC；省力【解析】如圖所示，杠桿的支點(diǎn)是O，動(dòng)力F1的力臂是支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離，即OC；動(dòng)力F2力臂是支點(diǎn)到阻力作用線的距離，即OD；由于OCOD，所以它是一個(gè)省力杠桿6如圖所示，是一種指甲刀的結(jié)構(gòu)示意圖，其中ABC是一個(gè)杠桿（填“省力”或“費(fèi)力”），支點(diǎn)是點(diǎn)，ABC上有粗糙的花紋，是為了摩擦（填“增大”或“減小”）參考答案：省力，C，增大【解析】1由圖可知，杠桿ABC在使用過(guò)程中，動(dòng)力臂大于阻力臂，是省力杠桿，支點(diǎn)為C點(diǎn)2ABC上有粗糙的花紋是通過(guò)增大接觸面的粗糙程度來(lái)增大摩擦的7剪刀是日常生活中常用的一種工具，它的種類有各種各樣的，但其實(shí)都是一對(duì)如圖所示的剪刀，你認(rèn)為剪較硬的物體時(shí)，應(yīng)該使用剪刀；剪紙或布時(shí)，應(yīng)該使用剪刀；修理樹(shù)枝時(shí)，應(yīng)該使用剪刀參考答案：杠桿，E，AC，D【解析】圖中各式各樣的剪刀都是杠桿；要用剪刀剪較硬的物體時(shí)，需要省力，因此需選用動(dòng)力臂大于阻力臂的剪刀，故選E；剪紙或布時(shí)，不用太大的力，因此需要考慮省距離，但費(fèi)力，故選動(dòng)力臂小于阻力臂的剪刀AC；修理樹(shù)枝時(shí)，需要選擇省力的剪刀，但不需要費(fèi)太多力氣，因此選擇剪刀D來(lái)進(jìn)行修理樹(shù)枝8有以下幾種簡(jiǎn)單機(jī)械：面包夾；天平；瓶蓋起子；火鉗；撬棒；理發(fā)剪刀；羊角錘；手動(dòng)抽水機(jī)；筷子其中屬于省力杠桿的有，屬于費(fèi)力杠桿的有，屬于等臂杠桿的有（填序號(hào)）參考答案：，【解析】我們?cè)谑褂闷可w起子、撬棒、羊角錘、手動(dòng)抽水機(jī)時(shí)都是為了省力，并且在使用的過(guò)程中都是動(dòng)力臂大于阻力臂，所以它們都是省力杠桿；我們?cè)谑褂妹姘鼕A、火鉗、理發(fā)剪刀、筷子時(shí)都是為了省距離，并且在使用的過(guò)程中都是動(dòng)力臂小于阻力臂，所以它們都是費(fèi)力杠桿；天平是典型的等臂杠桿，它的動(dòng)力臂等于阻力臂9釣魚(yú)時(shí)，釣魚(yú)竿可看成一根杠桿，如圖，它是一個(gè)杠桿，其支點(diǎn)位于圖中的點(diǎn)要使釣起魚(yú)時(shí)省力一些，則釣魚(yú)者兩只手之間的距離應(yīng)一些（填“增大”或“減小”）參考答案：費(fèi)力；A；增大【解析】由圖可知，對(duì)于釣魚(yú)竿這個(gè)杠桿來(lái)說(shuō)，它以點(diǎn)A為支點(diǎn)，所以它的動(dòng)力臂小于阻力臂，是費(fèi)力杠桿；在釣魚(yú)時(shí)，魚(yú)對(duì)杠桿的阻力和阻力臂都不變，由杠桿的平衡條件F1L1=F2L2可推得要使F1減小可增大L1，即增大兩手之間的距離；三作圖題（共5小題）10如圖所示，O是杠桿OA的支點(diǎn)在圖中畫(huà)出拉力F1和F2的力臂L1和L2參考答案：作圖如下【解析】從支點(diǎn)向力的作用線作垂線，支點(diǎn)到垂足的距離就是力臂故答案：11如圖所示，重100N的均勻木棒AB在細(xì)繩拉力作用下保持靜止請(qǐng)?jiān)趫D甲中畫(huà)出木棒所受拉力的力臂L及所受重力的示意圖參考答案：作圖如下【解析】如圖所示：12分別作出下列杠桿的五要素參考答案：作圖如下【解析】將力的作用線延長(zhǎng)，從支點(diǎn)向力的作用線引垂線13如圖是電工師傅們挖的埋水泥電線桿的坑（坑的寬度僅比電線桿的粗端直徑稍大一點(diǎn)），電工師傅們準(zhǔn)備將電線桿埋入坑中水泥電線桿的重心為O，請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出，剛抬起電線桿的最小動(dòng)力和重力的示意圖，并在圖中畫(huà)出動(dòng)力臂l1和阻力臂l2參考答案：作圖如下【解析】在剛抬起電線桿的細(xì)端時(shí)，要使用的力最小，需要在A端施加豎直向上力，即為動(dòng)力F；過(guò)重心沿豎直向下的方向畫(huà)一條帶箭頭的線段，并用符號(hào)G表示；過(guò)支點(diǎn)C分別做動(dòng)力和重力作用線的垂線段，即動(dòng)力臂l1和阻力臂l2；如下圖所示：14.如圖所示，曲桿AOBC自重不計(jì)，O為支點(diǎn)，AO=60cm，OB=40cm，BC=30cm，要使曲桿在圖示位置平衡，