八年级物理全册第十章第一节科学探究：杠杆的平衡条件第1课时习题课件新版沪科版.ppt

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1、第十章机械与人第一节科学探究:杠杆的平衡条件 第一课时杠杆及平衡条件【新新课导课导思思】古希腊科学家阿基米德有句名言古希腊科学家阿基米德有句名言“给给我一个支点我一个支点,我能撬我能撬动动地球地球”。他只需要。他只需要一个支点和一根足一个支点和一根足够长够长的杆的杆,在在远处远处就可以就可以将地球撬起。他将地球撬起。他这这是利用什么原理呢是利用什么原理呢?【目目标导标导学学】1.1.知知道道什什么么是是杠杠杆杆,能能在在杠杠杆杆上上确确认认支支点点、动动力力、阻阻力力、动动力臂和阻力臂。力臂和阻力臂。2.2.会画会画动动力臂和阻力臂。力臂和阻力臂。3.3.理解杠杆的平衡条件理解杠杆的平衡条件,

2、会利用平衡条件会利用平衡条件进进行行简单简单的的计计算。算。【自主自主预习预习】1.1.杠杆杠杆:在力的作用下能在力的作用下能绕绕着着_转动转动的的_就称就称为为杠杆。杠杆。固定点固定点硬棒硬棒2.2.杠杆的五要素杠杆的五要素:(1)(1)支点支点:杠杆杠杆绕绕着着转动转动的的_O_O。(2)(2)动动力力:使杠杆使杠杆_的力的力F F1 1。(3)(3)阻力阻力:_:_杠杆杠杆转动转动的力的力F F2 2。固定点固定点转动转动阻碍阻碍(4)(4)动动力臂力臂:_:_的距离的距离l1 1。(5)(5)阻力臂阻力臂:_:_的距离的距离l2 2。从支点到从支点到动动力作用力作用线线从支点到阻力作用

3、从支点到阻力作用线线3.3.杠杆的平衡杠杆的平衡:杠杆在杠杆在动动力和阻力作用下力和阻力作用下_。4.4.杠杆的平衡条件杠杆的平衡条件:_:_。静止静止F F1 1l1 1=F=F2 2l2 2知知识识点一点一 杠杆杠杆结结合合图图,思考以下思考以下问题问题:(1)(1)如如图图甲甲,用用竖竖直向下的力将直向下的力将钉钉子撬起来。子撬起来。(2)(2)如如图图乙乙,用斜向上的力开启瓶盖。用斜向上的力开启瓶盖。1.1.认认一一认认:在上在上图图中中标标出支点、出支点、动动力和阻力。力和阻力。参考答案参考答案:(1)(1)用螺丝刀撬钉子时用螺丝刀撬钉子时,螺丝刀与木块接触的螺丝刀与木块接触的点固定

4、不动点固定不动,为支点为支点,施加在螺丝刀上的力为动力施加在螺丝刀上的力为动力,钉子钉子对螺丝刀产生的向下的压力为阻力。对螺丝刀产生的向下的压力为阻力。(2)(2)开启瓶盖时开启瓶盖时,起子与瓶盖上部接触的点为支点起子与瓶盖上部接触的点为支点,对起子施加的向上的对起子施加的向上的力为动力力为动力,瓶盖对起子向下的力为阻力。瓶盖对起子向下的力为阻力。2.2.画一画画一画:结结合你合你标标出的支点、出的支点、动动力和阻力力和阻力,请请画出撬棒画出撬棒和开瓶器的和开瓶器的动动力臂和阻力臂。力臂和阻力臂。提示提示:从支点从支点O O向力的作用线作垂线段向力的作用线作垂线段,垂线段即为力臂垂线段即为力臂

5、,标注力臂符号标注力臂符号L L。参考答案参考答案:【微思考微思考】(1)(1)支点一定在杠杆上支点一定在杠杆上吗吗?参考答案参考答案:支点一定在杠杆上。支点一定在杠杆上。(2)(2)动动力和阻力使杠杆运力和阻力使杠杆运动动的作用效果相同的作用效果相同还还是相反是相反?参考答案参考答案:动力和阻力使杠杆运动的作用效果相反。动力和阻力使杠杆运动的作用效果相反。(3)(3)力臂一定在杠杆上力臂一定在杠杆上吗吗?参考答案参考答案:力臂不一定在杠杆上。力臂不一定在杠杆上。【示示范范题题1 1】(2017(2017威威海海中中考考)如如图图所所示示,轻轻质质杠杠杆杆OAOA在在路路灯灯和和轻轻绳绳ABA

6、B的的共共同同作作用用下下,在在水水平平方方向向处处于于静静止止状状态态,请请画画出出轻轻绳绳ABAB对对杠杠杆杆的的动动力力F F1 1的的力力臂臂L L1 1和和阻阻力力F F2 2的的示示意意图图。【解析解析】本题考查杠杆示意图的画法。轻质杠杆本题考查杠杆示意图的画法。轻质杠杆A A处用处用细绳悬挂一路灯细绳悬挂一路灯,路灯对杠杆的竖直向下的拉力为阻力路灯对杠杆的竖直向下的拉力为阻力F F2 2,作用点在作用点在A A点点;从支点向拉力的作用线引垂线从支点向拉力的作用线引垂线,垂线垂线段即为其力臂段即为其力臂L L1 1。答案答案:如图所示如图所示【备选备选例例题题】(2016(2016

7、淮淮安安中中考考)在在图图丙丙中中画画出出拉拉力力F F的的力力臂臂l(O(O为为支点支点)。【精讲精析精讲精析】解答本题应抓住四个问题解答本题应抓住四个问题:(1)(1)先找到支点先找到支点:O:O为支点。为支点。(2)(2)作作出出力力的的作作用用线线:将将拉拉力力F F反反向向延延长长,作作出出其其作作用用线线,用不带箭头的虚线表示。用不带箭头的虚线表示。(3)(3)作作出出力力的的作作用用线线的的垂垂线线段段:从从支支点点O O向向F F的的作作用用线线引引垂线。垂线。(4)(4)标出力臂标出力臂,标出相应的字母标出相应的字母l符号即可。符号即可。答案答案:如图所示如图所示:【微点微点

8、拨拨】(1)(1)画力臂的方法。画力臂的方法。确定支点确定支点作出力的作用作出力的作用线线作垂作垂线线段段标标出力臂。出力臂。(2)(2)确定支点确定支点:将杠杆将杠杆转转一下一下,找出固定不找出固定不动动的点。的点。(3)(3)找找力力的的作作用用线线:将将力力的的方方向向延延长长或或反反向向延延长长的的一一条条直直线线。且延。且延长线长线用虚用虚线线表示。表示。(4)(4)力力臂臂是是支支点点到到力力的的作作用用线线的的垂垂直直距距离离,不不是是支支点点到到力力的作用点的的作用点的连线连线。【知知识识拓展拓展】动动力和阻力及方向的判断力和阻力及方向的判断:抓住抓住“转动转动”的特点来判断的

9、特点来判断动动力、阻力的方向力、阻力的方向(1)(1)动动力和阻力的判断力和阻力的判断:明确使用杠杆的目的明确使用杠杆的目的,则为则为了达了达到目的而施加的到目的而施加的这这个力即个力即为动为动力力,而阻碍达到目的的力而阻碍达到目的的力即即为为阻阻力力。如如图图,用用钳钳子子夹夹物物体体,我我们们施施加加在在柄柄上上的的力力是是为为了了使使钳钳口口夹夹住住物物体体,则则施施加加在在钳钳子子柄柄上上的的力力即即为为动动力力,而而东东西西为为了了不不被被夹夹住住,要要产产生生一一个个反反抗抗的的力力,即即物物体体施施加加给钳给钳口向外的力即口向外的力即为为阻力。阻力。(2)(2)动动力和阻力方向的

10、判断力和阻力方向的判断:只在只在动动力作用下杠杆的力作用下杠杆的转动转动认认定定为为正正转转,动动力作用下正力作用下正转转的方向的方向为动为动力的方向。力的方向。则则只有阻力作用只有阻力作用时时必定使杠杆反必定使杠杆反转转,阻力作用点阻力作用点处处反反转转方方向就是阻力的方向。向就是阻力的方向。知知识识点二点二 探究杠杆的平衡条件探究杠杆的平衡条件1.1.提提出出问问题题:杠杠杆杆平平衡衡时时,动动力力、动动力力臂臂和和阻阻力力、阻阻力力臂臂之之间间存在着怎存在着怎样样的关系呢的关系呢?2.2.猜想与假猜想与假设设:_:_。参考答案参考答案:猜想猜想1:1:动力动力+动力臂动力臂=阻力阻力+阻

11、力臂阻力臂猜想猜想2:2:动力动力动力臂动力臂=阻力阻力阻力臂阻力臂3.3.设计设计与与进进行行实验实验(如如图图所示所示):):(1)(1)调节调节螺母螺母,将没挂将没挂钩码钩码的杠杆的杠杆调调至水平位置平衡。至水平位置平衡。(2)(2)改改变变悬悬挂挂的的钩钩码码个个数数(动动力力F F1 1、阻阻力力F F2 2),),移移动动其其悬悬挂挂的位置的位置,使杠杆仍在水平位置平衡使杠杆仍在水平位置平衡,将数据填入表中。将数据填入表中。4.4.分析数据分析数据,得出得出结论结论:实验实验次数次数动动力力F F1 1/N/N动动力臂力臂l1 1/m/m阻力阻力F F2 2/N/N阻力臂阻力臂l2

12、 2/m/m1 11 10.050.050.50.50.100.102 21 10.10.10.50.50.20.23 32 20.20.24 40.10.14 43 30.20.23 30.20.2分析数据可知分析数据可知,杠杆的平衡条件是杠杆的平衡条件是_。提示提示:对每一次实验表格中的动力和动力臂、阻力和阻对每一次实验表格中的动力和动力臂、阻力和阻力臂进行分析力臂进行分析,力臂越长力臂越长,需要的力越小需要的力越小,力臂越短力臂越短,需需要的力越大要的力越大,二者之间可能是反比关系二者之间可能是反比关系,再比较动力和再比较动力和动力臂、阻力和阻力臂的乘积的大小关系动力臂、阻力和阻力臂的乘

13、积的大小关系,发现动力与发现动力与动力臂的乘积和阻力与阻力臂的乘积相等。故可知杠动力臂的乘积和阻力与阻力臂的乘积相等。故可知杠杆平衡的条件。杆平衡的条件。参考答案参考答案:动力动力动力臂动力臂=阻力阻力阻力臂或阻力臂或F F1 1l1 1=F=F2 2l2 25.5.交流交流讨论讨论:(1)(1)实验实验前前,如何如何调节调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡平衡螺母使杠杆在水平位置平衡?参参考考答答案案:按按照照“左左偏偏(沉沉)右右调调,右右偏偏(沉沉)左左调调”的的原原则则。若若杠杠杆杆左左端端下下沉沉,则则将将平平衡衡螺螺母母向向右右调调;若若杠杠杆杆右右端端下下沉沉,则将平衡螺母向左调。则

14、将平衡螺母向左调。(2)(2)为为什么使杠杆在水平位置平衡什么使杠杆在水平位置平衡?参考答案参考答案:便于从杠杆上直接读出力臂。便于从杠杆上直接读出力臂。消除杠杆自身重力对实验的影响。消除杠杆自身重力对实验的影响。(3)(3)实验实验中中,为为什么收集多什么收集多组实验组实验数据数据?参参考考答答案案:通通过过对对比比多多组组实实验验数数据据得得出出结结论论,使使实实验验结结论论更具有普遍性。更具有普遍性。(4)(4)如如果果利利用用弹弹簧簧测测力力计计分分别别向向各各个个方方向向拉拉动动杠杠杆杆一一端端代替代替钩码钩码,能否得出杠杆的平衡条件能否得出杠杆的平衡条件?参参考考答答案案:能能,利

15、利用用弹弹簧簧测测力力计计向向各各个个方方向向拉拉动动杠杠杆杆时时仍仍然然能能保保持持平平衡衡,再再利利用用刻刻度度尺尺测测出出力力臂臂的的大大小小,分分析析得得出出结论。结论。【知知识识拓展拓展】猜想和假猜想和假设设的关的关键键:猜猜想想与与假假设设是是根根据据生生活活经经验验或或在在观观察察与与实实验验的的基基础础上上,应应用用科科学学原原理理,围围绕绕探探究究的的问问题题设设想想出出的的可可能能出出现现的的结结果果.猜猜想想既既有有科科学学性性又又有有推推测测性性,是是可可以以检检测测的的,不不是是盲盲目猜目猜测测。解决解决这类问题这类问题的一般步的一般步骤骤是是:(1)(1)针对问题针

16、对问题按日常按日常经验经验或事或事实实提出猜想与假提出猜想与假设设。(2)(2)针对问题针对问题运用运用经验经验与直与直觉觉提出猜想。提出猜想。(3)(3)针针对对问问题题根根据据物物理理科科学学本本身身的的思思维维过过程程建建立立猜猜想想与与假假设设:搜搜寻寻事事实实归纳归纳分析分析形成猜想。形成猜想。(4)(4)运用运用“类类比法比法”或或“逆反原理逆反原理”等方法等方法进进行猜想。行猜想。【示示范范题题2 2】(2017(2017遵遵义义中中考考)小小锦锦小小组组用用刻刻度度均均匀匀的的匀匀质质杠杠杆杆进进行行“探探究究杠杠杆杆平平衡衡条条件件”的的实实验验中中,每每个个钩钩码码质质量相

17、等。量相等。(1)(1)将杠杆的中点置于支架上将杠杆的中点置于支架上,当杠杆静止当杠杆静止时时,发现发现杠杆左杠杆左端下沉端下沉,他将杠杆左端平衡螺母向右他将杠杆左端平衡螺母向右调节调节到最大限度后到最大限度后,杠杆左端仍有杠杆左端仍有轻轻微下沉微下沉,这时这时他他应应将右端的平衡螺母向将右端的平衡螺母向_端端调节调节,才能使杠杆在水平位置平衡。才能使杠杆在水平位置平衡。(2)(2)如如图图甲所示是他在探究甲所示是他在探究过过程中的一个情境程中的一个情境,接下来他接下来他在两在两边钩码边钩码的下方各加一个相同的的下方各加一个相同的钩码钩码,并将左端并将左端钩码钩码移到左端离支点第三格移到左端离

18、支点第三格处处,为为了使杠杆在水平位置平衡了使杠杆在水平位置平衡,他他应应将右端将右端钩码钩码移移动动到右端离支点第到右端离支点第_格格处处。(3)(3)通通过过不断改不断改变变两端所挂两端所挂钩码钩码的个数和位置的个数和位置,使杠杆在使杠杆在水平位置平衡水平位置平衡,并并记录记录各次各次实验实验数据数据,通通过对过对数据分析后数据分析后得出得出结论结论:动动力力支点到支点到动动力作用点的距离力作用点的距离=阻力阻力支支点到阻力作用点的距离。与其他小点到阻力作用点的距离。与其他小组组交流后交流后,他他们们又做又做了如了如图图乙、丙、丁三次乙、丙、丁三次实验实验,其中其中_图图所示所示实验实验能

19、直接能直接说说明明该结论该结论是是错误错误的。的。【精讲精析精讲精析】本题考查杠杆的平衡条件。本题考查杠杆的平衡条件。(1)(1)现在杠杆现在杠杆左端仍有轻微下沉左端仍有轻微下沉,说明杠杆左端偏重说明杠杆左端偏重,为使杠杆在水为使杠杆在水平位置平衡平位置平衡,这时应将右端的平衡螺母向右端调节。这时应将右端的平衡螺母向右端调节。(2)(2)设一个钩码重为设一个钩码重为G,G,杠杆一个格为杠杆一个格为L,L,左边加一个相同的左边加一个相同的钩码钩码,并将左端钩码移到左端离支点第三格处并将左端钩码移到左端离支点第三格处,则左边则左边力和力臂的乘积为力和力臂的乘积为F F左左L L左左=4G=4G3L

20、=12GL,3L=12GL,右边加一个相右边加一个相同的钩码同的钩码,设右边的力臂为设右边的力臂为L L右右,则右边的力和力臂的乘则右边的力和力臂的乘积为积为F F右右L L右右=3G=3GL L右右,为了使杠杆在水平位置平衡为了使杠杆在水平位置平衡,F,F左左L L左左=F=F右右L L右右,即即12GL=3G12GL=3GL L右右,所以所以L L右右=4L,=4L,他应将右端钩码他应将右端钩码移动到右端离支点第四格处。移动到右端离支点第四格处。(3)(3)小锦得到小锦得到“动力动力支支点到动力作用点的距离点到动力作用点的距离=阻力阻力支点到阻力作用点的距支点到阻力作用点的距离离”,这个结

21、论是不正确的这个结论是不正确的;当动力臂不等于支点到动当动力臂不等于支点到动力作用点的距离时力作用点的距离时,看实验结论是否成立看实验结论是否成立,所以利用图所以利用图丁进行验证。丁进行验证。答案答案:(1)(1)右右(2)(2)四四(3)(3)丁丁【备选备选例例题题】(2016(2016钦钦州州中中考考)某某学学习习小小组组进进行行“探探究究杠杠杆杆的的平平衡衡条件条件”实验实验。(1)(1)实实验验前前,发发现现杠杠杆杆左左高高右右低低,这这时时应应将将平平衡衡螺螺母母向向_(_(选选填填“左左”或或“右右”)调节调节,使杠杆在水平位置平衡。使杠杆在水平位置平衡。(2)(2)调节调节杠杆平

22、衡后杠杆平衡后,在不同的位置挂不同数量的在不同的位置挂不同数量的钩码钩码,使使杠杆重新平衡杠杆重新平衡,得到下表中的得到下表中的实验实验数据数据:次数次数动动力力F F1 1/N/N动动力臂力臂l1 1/cm/cm阻力阻力F F2 2/N/N阻力臂阻力臂l2 2/cm/cm1 16 65 55 56 62 25 5101010105 53 34 415156 610104 42 220208 8分析分析实验实验数据得出两种数据得出两种结论结论:F:F1 1+l1 1=F=F2 2+l2 2;F;F1 1l1 1=F=F2 2l2 2,你你认为认为正确的是第正确的是第_(_(选选填填“”或或“”

23、)种种结论结论,实验实验4 4中的阻力臂是中的阻力臂是_cm_cm。(3)(3)如如图图所示所示,在杠杆的左端在杠杆的左端20 cm20 cm处处挂挂2 2个个50 g50 g的的钩码钩码,而而在杠杆的右端在杠杆的右端10 cm10 cm处处用用弹弹簧簧测测力力计竖计竖直往下拉直往下拉,使杠使杠杆在水平位置平衡杆在水平位置平衡,这时测这时测力力计计的的读读数数F=_N;F=_N;如果如果测测力力计计沿沿图图中虚中虚线线方向下拉方向下拉,使杠杆在水平位置平衡使杠杆在水平位置平衡,则则测测力力计读计读数数F_F(F_F(选选填填“”“”“(4)(4)能能【微微点点拨拨】1.1.杠杠杆杆匀匀速速转转

24、动动时时,也也认认为为杠杠杆杆处处于于平平衡衡状状态态。2.2.探究杠杆平衡条件的探究杠杆平衡条件的“两个两个”关关键键点点:(1)(1)按按“左偏右左偏右调调,右偏左右偏左调调”的原的原则调节则调节杠杆平衡。杠杆平衡。(2)(2)判判断断杠杠杆杆是是否否平平衡衡时时,对对比比力力和和力力臂臂乘乘积积的的大大小小关关系系,而不是而不是动动力和阻力的大小关系。力和阻力的大小关系。知知识识点三点三 杠杆平衡条件的杠杆平衡条件的应应用用1.1.求力求力:利用杠杆的平衡条件公式利用杠杆的平衡条件公式进进行行计计算。算。(1)(1)求求动动力力:F:F1 1=(2)(2)求阻力求阻力:F:F2 2=2.

25、2.判断判断动动力力(或阻力或阻力)的大小的大小变变化化:一一般般是是两两个个物物理理量量不不变变或或者者力力臂臂的的比比值值不不变变。如如阻阻力力和阻力臂保持不和阻力臂保持不变变,动动力臂越大力臂越大,动动力越小。力越小。3.3.判断杠杆是否平衡判断杠杆是否平衡:若若 满满 足足 杠杠 杆杆 的的 平平 衡衡 条条 件件 F F1 1l1 1=F=F2 2l2 2,则则 杠杠 杆杆 平平 衡衡;若若F F1 1l1 1FF2 2l2 2,则则力和力臂乘力和力臂乘积积大的那一端下沉。大的那一端下沉。【示范示范题题3 3】(2017(2017安安顺顺中考中考)某同学用如某同学用如图图所示装置所示

26、装置做探究杠杆平衡条件的做探究杠杆平衡条件的实验实验,图图中杠杆匀中杠杆匀质质且刻度均且刻度均匀。当杠杆水平平衡后匀。当杠杆水平平衡后,在左在左侧侧第第2 2格挂格挂3 3个相同的个相同的钩码钩码,则应则应在右在右侧侧第第3 3格上挂格上挂_个相同的个相同的钩码钩码才能使杠才能使杠杆水平平衡杆水平平衡;若在右若在右侧侧改用改用弹弹簧簧测测力力计计向下拉向下拉,弹弹簧簧测测力力计计由由竖竖直直方方向向逐逐渐渐向向左左转转动动,杠杠杆杆始始终终保保持持水水平平平平衡衡,则则弹弹簧簧测测力力计计的的示示数数将将逐逐渐渐_(_(选选填填“增增大大”“”“减减小小”或或“不不变变”)。【精讲精析精讲精析

27、】(1)(1)设一个钩码的重力为设一个钩码的重力为G,G,杠杆的一个小杠杆的一个小格为格为L,L,根据杠杆平衡条件得根据杠杆平衡条件得:3G:3G2L=2G2L=2G3L,3L,所以所以,应应在右侧第在右侧第3 3格上挂格上挂2 2个钩码。个钩码。(2)(2)若在右侧改用弹簧测力计向下拉若在右侧改用弹簧测力计向下拉,弹簧测力计由竖弹簧测力计由竖直方向逐渐向左转动时直方向逐渐向左转动时,阻力、阻力臂不变阻力、阻力臂不变,动力臂逐动力臂逐渐变小渐变小,根据杠杆平衡条件得根据杠杆平衡条件得,动力逐渐变大动力逐渐变大,弹簧测力弹簧测力计示数将逐渐增大。计示数将逐渐增大。答案答案:2 2增大增大【备选备

28、选例例题题】(2016(2016襄襄阳阳中中考考)杠杠杆杆平平衡衡时时,动动力力大大小小为为10 10 N,N,动动力力臂臂为为0.1 0.1 m,m,阻阻力力臂臂L L2 2为为0.2 0.2 m,m,则则阻阻力力F F2 2的的大大小小是是_N_N。【精精讲讲精精析析】根根据据杠杠杆杆平平衡衡条条件件:F:F1 1L L1 1=F=F2 2L L2 2,可可得得:10 N:10 N0.1 m=F0.1 m=F2 20.2 m,F0.2 m,F2 2=5 N=5 N。答案答案:5 5【微点微点拨拨】判断杠杆是否平衡判断杠杆是否平衡,关关键键是比是比较较力与力臂的乘力与力臂的乘积积,而不是而不是比比较动较动力和阻力的大小关系。力和阻力的大小关系。【教材教材图图片片考点考点阐释阐释】命命题题点点 认识认识杠杆杠杆天天平平在在工工作作时时,横横梁梁在在力力的的作作用用下下能能绕绕着着_转转动动,这这种种简单简单机械称机械称为为_。答案答案:固定点杠杆固定点杠杆命命题题点点 杠杆的五要素杠杆的五要素一一人人用用棒棒撬撬石石块块,棒棒可可以以看看成成是是一一个个_,_,下下方方小小石石块块的的支支撑撑点点称称为为_,_,是是杠杠杆杆绕绕着着转转动动的的固固定定点点,人人向下施加的使杠杆向下施加的使杠杆转动转动的力叫作的力叫作_。答案答案:杠杆支点动力杠杆支点动力