杠杆
一、知识概述
1、在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒称之为杠杆;
2、杠杆有五个要素:支点(O)、动力(F1)、阻力(F2)、动力臂(l1)、阻力臂(l2);
3、杠杆的平衡条件是:F1l1=F2l2;
4、杠杆应用时可分为三类:省力杠杆(l1>l2);费力杠杆(l1<l2);等臂杠杆(l1=l2);
5、天平是等臂杠杆,杆秤和案秤都是根据杠杆平衡的原理制成的。
二、重点知识归纳
 
三、难点知识剖析
1、杠杆及杠杆的要素
  一根硬棒(可以是直的,也可以是任意形状的)能成为杠杆,不仅要有力的作用,而且必须能绕某固定点转动。缺少任何一个条件,硬棒就不能成为杠杆。例如:汽水扳子在没有使用时就不能称为杠杆。因此,一根硬棒成为杠杆时,必须具备以下要素:
  ①支点:能绕其转动的固定点。用同一根硬棒作杠杆时,使用中方法不同,支点位置也会不一样。如撬石块的过程中支点可在棒的一端[图1(A)]也可在棒的中间[图1(B)]。
 
  ②动力和阻力:动力使杠杆转动,阻力阻碍杠杆转动。动力和阻力的区分是根据实际情况或人为因素决定的。例如:剪刀剪布时,需要使刀口合拢,手作用于剪刀的力就是动力;布的作用是阻碍剪刀口合拢,布对剪刀口的作用力是阻力。必须注意,不论动力或阻力,杠杆都是受力体。作用于杠杆的物体都是施力体。
  ③力臂:支点到力作用线的距离,即支点到力作用线的垂线段长。所谓力作用线是指沿着力方向上可向两端延伸的一条直线。表示力臂的线段可以在杠杆上,[图2(A)],也可以在杠杆外[图2(B)、(C)]。如果力的作用线通过支点,则力臂长为零。所以有力臂时一定有力,有力却不一定就有力臂。
2、画杠杆示意图的三个要点
  ①找出支点。
  ②画好动力作用线及阻力作用线。画的时候要判断清楚力的方向。如:铡刀铡草时,刀口向下受到草的阻碍,因此阻力是向上的。
  ③正确画出力臂。要注意的是,不能认为支点到力作用点的距离就是力臂。
3、杠杆平衡条件
  杠杆处于静止状态或绕支点匀速转动时,都叫杠杆平衡。一般情况下,从静止状态去分析杠杆平衡条件。实验证明,杠杆平衡条件是:
  动力乘动力臂等于阻力乘阻力臂。
  公式表示为:F1l1=F2l2。
  可见,力和力臂的大小成反比,即力臂越长,力就越小。
4、杠杆的应用
  ①省力和省距离不能兼顾
  杠杆平衡条件说明:当动力臂大于阻力臂时,动力小于阻力是省力杠杆但费距离;当动力臂小于阻力臂时,动力大于阻力是费力杠杆但省距离;当动力臂等于阻力臂时,动力等于阻力,不省力也不费力,不省距离也不费距离。必须明确,根据杠杆平衡条件,即省力又省距离的杠杆是违反力学原理的,是不存在的。
  ②各类杠杆的选择
  选择的原则是按人力允许的条件,从有利于生产出发。例如:钓鱼竿使用时,要求能迅速将鱼提离水面,因此钓鱼竿是费力省距离的杠杆;汽水瓶扳手使用时,遇到阻力较大,必需使用省力费距离的杠杆。天平就是利用等臂杠杆两边力大小相等的原理,由砝码数直接得出物体质量数。“可见,选择何种杠杆都是根据实际需要来决定的,千万不要误认为使用机械都是为了省力。
5、使用杠杆时最小动力的确定
  使用杠杆时,杠杆处于平衡状态时必须满足F1l1=F2l2,即 ,也就是说,在阻力和阻力臂一定的情况下,欲使动力最小,就必须使动力臂最大。一般说来,支点到动力作用点的连线就是最长的力臂,沿着垂直于此连线的方向所作的动力便是最小的动力。下图所示的是钉锤拔钉子时施加在手柄上的最小动力及滚动圆木时所作用的最小动力。
 
图3
6、如何判定使用的杠杆属于哪类杠杆?
  方法1:画出杠杆的示意图,标出支点、动力、阻力.画出动力臂和阻力臂,然后通过比较动力臂和阻力臂的相对大小来确定.
例1、用羊角锤拔钉子,羊角锤可以看成一个杠杆,如图4甲所示.如果人在柄上A点用力,力的方向与锤柄垂直,说明它是省力杠杆还是费力杠杆.
 
图4
解析:
  画出杠杆示意图,把杠杆的五要素都标出来.具体的作法是:
  先要辨认杠杆.弄清物体的哪一部分是杠杆,用粗线条把杠杆的形状、轮廓表示出来.羊角锤拔钉子时,杠杆轮廓见图乙;在图乙上确定支点O、动力F1和阻力F2、动力臂L1和阻力臂L2.从图上可以看出L1>L2,故羊角锤是省力杠杆.
  方法2:根据杠杆工作的效果来判定它是哪一类杠杆.
例2、正常使用下列工具时,哪些属于省力杠杆?哪些属于费力杠杆?
  ①剪铁皮的剪刀;②镊子;③理发用的剪刀;④钓鱼竿;⑤扳手;⑥开瓶盖的起子.
解析:
  人们在使用①⑤⑥这些工具时,能用较小的动力克服很大的阻力,因而它们属于省力杠杆;而在使用②③④这些工具时,杠杆受到的阻力较小,因而把它们设计成费力杠杆,以便省距离(动力的作用点移动较小的距离时,阻力的作用点移动较大的距离)
例3、如图5所示,在B点悬挂重物G,在C点用弹簧测力计勾住,使杠杆AB在水平方向平衡.若弹簧测力计的示数为3G
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