初中物理人教版（2024）八年级下册（2024）杠杆教学课件ppt

这是一份初中物理人教版（2024）八年级下册（2024）杠杆教学课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了杠杆的平衡条件，生活中的杠杆，等臂杠杆，课堂总结，练习与应用，筷子等，提升训练等内容，欢迎下载使用。
观察图的跷跷板、羊角锤和开瓶器等机械，你认为这些机械有什么共同的特点呢？
1. 能识别出杠杆，准确找出杠杆的五要素。知道杠杆的平衡条件，并能进行相关计算。能对杠杆进行分类，选择合适的杠杆解决生活中的实际问题。2. 辨析生活中的有关实例，了解杠杆是一种模型，初步认识模型建构在物理学中的作用。3. 经历探究杠杆平衡条件的过程，基于数据分析得出杠杆的平衡条件，培养获取、处理信息和分析论证的科学探究能力。4. 了解不同时期杠杆的应用，感受我国古代科技成就，增强民族自信心和自豪。
1. 杠杆2. 杠杆的平衡条件3. 生活中的杠杆 4. 课堂总结5. 练习与应用6. 提升训练
（1）观察一些工具 观察生活中使用的一些工具，这些工具在使用时，有什么共同的特点? 它们的共同特征是：受到力的作用、能绕某一点转动、是一根硬棒。
（2）杠杆： 一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点转动，这根硬棒就是一个杠杆。
（1）描述杠杆特征的“五要素”支点：杠杆可以绕其转动的点O.动力：使杠杆转动的力F1.阻力：阻碍杠杆转动的力F2.动力臂：从支点O到动力F1作用线的距离l1.阻力臂：从支点O到阻力F2作用线的距离l2.
注意：“力的作用线” 是指过力的作用点沿力的方向所画的直线。不是支点到作用点的距离。
（2）透析杠杆五要素①支点：一定在杠杆上；同一杠杆，使用方法不同，支点位置可能改变。②动力与阻力：作用点都在杠杆上；分别使杠杆向相反方向转动，动力和阻力是相对的。
③力臂：支点到力的作用线的距离，不是支点到作用点的距离；力臂不一定在杠杆上（如图中l1）；若力的作用线过支点，则力臂为0。
第一步：先确定支点O和动力F1、阻力F2的方向；如图所示。第二步：确定动力和阻力的作用线。从动力、阻力作用点沿力的方向（或反方向）分别画虚线，即为动力、阻力的作用线，如图所示。第三步：画出动力臂和阻力臂。由支点向力的作用线作垂线，从支点到垂足的距离就是力臂，并标明动力臂与阻力臂的符号“l1”、“l2”，如图所示。
【例题1】关于杠杆，下列说法中正确的是（ ） A. 杠杆一定是一根直的硬棒B. 杠杆的支点一定在杠杆上，且在杠杆的中间位置C. 力臂可能在杠杆上，也可能不在杠杆上D. 从支点到动力作用点的距离叫动力臂
AB. 杠杆，是一根硬棒，但不一定是直的，杠杆的支点一定在杠杆上，不一定在杠杆的中间位置，所以A、B选项是错误的.C.力臂可能在杠杆上，也可能不在杠杆上，选项C正确.D. 从支点到动力作用线的距离叫动力臂，所以D选项错误.
【例题2】如图开瓶器开启瓶盖时可抽象为一杠杆，不计自重。选项图能正确表示它工作示意图的是（ ）
由题图知，向上用力时，起子围绕左端O转动，因此O为支点。又因为动力F１的方向向上，使杠杆沿逆时针转动，所以阻力F2的方向向下，使杠杆沿顺时针转动。图B正确。
由支点O向拉力F1 的作用线作垂线，则垂线段的长即为拉力 F1的力臂l1 ；重物G对杠杆的拉力，其作用点在杠杆上的B点，方向竖直向下，由支点O向重力的作用线作垂线，即为重力G的力臂l2 ；如图所示.
【例题3】如图，硬棒OB能绕支点O转动，A处用绳子拉住固定在墙壁上，B处悬挂重物。请画出物体所受的重力G的力臂和拉力F的力臂，分别用 l1和l2表示。
1. 体验杠杆平衡
（1）杠杆平衡当杠杆在动力和阻力作用下静止时，我们就说杠杆平衡了。（2）体验杠杆平衡 【想一想】前面学习过，如果作用在物体上的几个力相互平衡，物体就处于平衡状态（如二力平衡状态）。当杠杆在动力和阻力作用下静止时，与二力平衡的情况是不同的，那么，影响杠杆平衡的因素还有哪些呢?
【实践体验】如图所示，将直尺调整到静止状态。改变放置物品的轻重及位置，再次调节使直尺处于静止状态。【分析论证】实验结果表明，直尺是否能够处于平衡状态，不仅与物品的轻重有关，还与物品的位置有关。
（3）认识力臂的影响【提出问题】推动杠杆需要的动力与力臂的长短是否有关?【猜想】通过生活体验提出猜想。 例如，推门时，门可以看做一个杠杆，推力作用的位置不同，作用的效果也不一样，越靠近门轴（C处）越费力。看来，推动杠杆需要的动力很可能与动力臂的长短有关。动力臂越长，需要的动力可能就越小。动力臂越短，需要的动力可能就越大。
【检验】如图所示，用钩码和一只弹簧测力计进行实验。①先在垂直于杠杆的方向B处施力，待杠杆水平静止，记录弹簧测力计的示数和力臂的长短（从支点O到拉力作用线的距离）。
②再逐渐改变测力计与杠杆的角度，在A处施力，待杠杆水平静止，记录弹簧测力计的示数和力臂的长短（从支点O到拉力作用线的距离）。比较两次实验数据可知：在A处施力时，拉力变大。【结论】影响杠杆平衡的不只是力的大小，还有力臂的长短。力臂长，力小；力臂短，力大。
2. 探究杠杆的平衡条件
探究杠杆的平衡条件，就是要找到影响杠杆平衡的各种因素并确定它们之间的关系。容易想到：杠杆支点两侧所受的动力、阻力，以及动力臂、阻力臂都会影响杠杆的平衡，所以应该找出这四个量之间的关系。我们可以先保持杠杆一侧的两个量不变，如左侧的阻力和阻力臂，改变另一侧的两个量，即右侧的动力和动力臂。然后再保持右侧的动力和动力臂不变，改变左侧的阻力和阻力臂。综合分析后找出动力、动力臂、阻力、阻力臂这四个量之间的关系。
把杠杆安装在支架上，使杠杆保持水平并静止，达到平衡状态。
使杠杆保持水平并静止的目的：一是使杠杆的重心在支点，以消除杠杆自身重力对实验的影响；二是便于直接读出力臂。
（1）给杠杆两侧挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆重新在水平位置平衡。这时杠杆两侧受到的作用力的大小等于各自钩码所受的重力的大小。
（2）把右侧钩码对杠杆施的力记为动力F1，左侧钩码对杠杆施的力记为阻力F2；测出杠杆平衡时的动力臂l1和阻力臂l2；把F1、F2、l1、l2的数据填入下表。
（3）保持阻力F2和阻力臂l2不变，改变动力F1，相应调节动力臂l1的大小，再做几次实验，把数据填入下表。（4）保持动力F1和动力臂l1不变，改变阻力F2，相应调节阻力臂l2的大小，再做几次实验，把数据填入下表。
实验结果表明，要使杠杆平衡，需要满足以下条件：
动力×动力臂=阻力×阻力臂，即F1 L1 = F2 L2
分析表中的数据，找出它们之间的关系。
（1）多次测量获得多组实验数据的目的是避免偶然性，获得普遍性的结论。（2）平衡螺母的调节在实验前要调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆水平平衡。挂钩码后，不能再调节平衡螺母。
（3）使用弹簧测力计进行实验 在杠杆的一侧挂上钩码作为阻力，通过在其他位置上用弹簧测力计拉住杠杆的办法使杠杆平衡。读出动力F1、阻力F2、动力臂l1、阻力臂l2之，也可获得实验数据。
注意：弹簧测力计一定沿竖直方向施加力。
如图甲所示，弹簧测力计沿竖直方向施加力时，力臂l1=10cm，可以直接读出。
如图乙所示，弹簧测力计不沿竖直方向施力，力臂为l2， l2 ＜l1=10cm，不能直接从杠杆上读出。
3. 杠杆的平衡条件
这就是阿基米德发现的杠杆原理.
在上面的实验中，我们研究了动力和阻力位于支点两侧的情况。仔细观察图所示的杠杆，它与上面实验中研究的杠杆有什么不同？
【分析】上面实验中研究的杠杆有个共同的特点：动力和阻力在支点的两侧；图所示的杠杆，动力和阻力在支点的同一侧。注意：无论动力和阻力在支点的两侧还是同侧，它们的共性特点是其中一个力可以让杠杆沿顺时针方向转动，另一个力可以让杠杆沿逆时针方向转动，当两个力和对应的力臂的乘积相等时，杠杆就平衡了。
【例题4】如图所示，小明利用铁架台、带有刻度的杠杆、细线、弹簧测力计、若干钩码（每个钩码重均为0.5N）等实验器材，探究杠杆的平衡条件。
①实验前，杠杆静止在图甲所示的位置，则此时杠杆于　　  （选填“平衡”或“不平衡” ）状态；要使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向　 调节，这样做的目的是消除杠杆自重对实验的影响。②将杠杆调整好后，如图乙所示，在A点挂3个钩码，则应在B点挂　　个钩码，才能使杠杆在水平位置平衡。
③如图丙所示，小明用弹簧测力计替代钩码，先在B点竖直向下拉使杠杆平衡，然后将弹簧测力计逐渐向右倾斜，要使杠杆仍然在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将逐渐______（选填“变大”或“变小”），原因是_________________。④在实验中，改变力和力臂的大小得到多组数据的目的是：____（填序号）。A. 使测量数据更准确B. 多次测量取平均值减小误差C. 避免偶然性，使实验结论具有普遍性
①杠杆静止在图甲位置，此时杠杆处于平衡状态；调节杠杆在水平位置平衡，让杠杆的重心在支点上，可避免杠杆自重的影响且便于测量力臂；杠杆的左端上翘，平衡螺母向上翘的左端移动。②由杠杆平衡条件F1l1=F2l2得 3G1×2l=nG1×3l，n=2，故在B点挂2个钩码。③当拉力F1向右倾斜时，力臂l1变小，要保持杠杆仍在水平位置平衡，根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2 ，因阻力和阻力臂不变，则拉力F1将变大。④实验测多组数据的目的是使得出的结论更具有普遍性，故选C。
【例题5】动物园内，一位物理老师利用一个小小的弹簧测力计，就测出了一头大象的质量（如图）。测量时用一根长度为12m的槽钢作为杠杆。如图乙所示，吊钩固定于槽钢的中点O。当槽钢水平静止时，弹簧测力计的示数F1为200N。测得l1为6m，l2为4cm。若不计铁笼的质量，请估算大象的质量。g取10N/kg。
1. 生活中的三类杠杆
【想一想】如图甲所示，是利用撬棒撬石头时的情景，如图乙所示，是用笤帚在水平地面扫地的情景。请仔细观察它们的动力臂和阻力臂，哪个更长呢？我们在使用它们时，是省力？还是费力呢？
【分析】根据杠杆的平衡条件进行分析：如图所示，人的动力为F1 ，动力臂为l1 ，阻力为F2，阻力臂为l2。根据杠杆的平衡条件：F1 L1=F2 L2
①若l1＞l2，则F1 F2
提示：判断杠杆的类型，实际就是比较动力臂和阻力臂的大小。
③若l1＜l2，则F1 F2
②若l1 = l2，则F1 F2
（1）省力杠杆的特点 动力臂 l1大于阻力臂l2，省力费距离。使用省力杠杆时，动力作用点移动的距离AAʹ大于阻力作用点阻力移动的距离BBʹ ，即费距离。
（2）省力杠杆的实例分析如图甲所示是钢丝钳，可以看做是两个杠杆的组合。其中O是支点，A点是动力的作用点，B点是阻力作用点。因为动力臂l1大于阻力臂l2，所以是省力杠杆。
（3）生活中的一些省力杠杆这类杠杆的共同特点是动力臂l1大于阻力臂l2，所以使用时都是省力杠杆。
如甲图所示，赛艇的船桨也是一种杠杆，乙图是船桨的杠杆模型。划船时船桨绕着O点转动，所以O点即为支点；手的作用力F1为动力，作用点为A点；水对船桨的力F2为阻力，作用点为B点。因为动力臂l1小于阻力臂l2，所以是费力杠杆，但划船时手只要移动较小的距离就能使桨在水中移动较大的距离。
（1）费力杠杆的特点 动力臂l1小于阻力臂l2，动力F1大于阻力F2；使用时，动力作用点移动的距离小于阻力作用点阻力移动的距离，即省距离。
（2）费力杠杆的实例分析筷子：在使用筷子时，筷子绕着C点转动，所以C点即为支点；手的作用力F1为动力，其方向与筷子垂直，作用点为B点；物体对筷子的力F2为阻力，作用在A点；因为动力臂l1小于阻力臂l2，所以是费力杠杆。
（3）生活中的一些费力杠杆这类杠杆的共同特点是动力臂l1小于阻力臂l2，所以使用时都是费力杠杆。
（1）等臂杠杆的特点 动力臂l1等于阻力臂l2，动力F1等于阻力F2 ，不省力也不费力，不省距离也不费距离。使用时，动力作用点移动的距离等于作用点阻力移动的距离。
（2）生活中的一些等臂杠杆这类杠杆的共同特点是动力臂l1等于阻力臂l2，所以使用时动力与阻力相等，动力与阻力移动的距离也相等。
5. 总结——杠杆的分类
【例题6】在如图所示的工具中，使用时属于费力杠杆的是（　　）
A．支点在起子与瓶盖中间接触处，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；B．支点在夹子两壁连接处，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；C．支点是锤子与地面的接触点，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；D．支点在夹子两壁连接处，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆。
【例题7】用一根钢棒撬动地面上的一块大石头，两种撬动方法如下图所示；下列说法正确的是（　　）A．使用图甲的方法更省力B．图甲中，动力臂是AB C．使用图乙的方法时，钢棒为费力杠杆D．图乙中，动力臂是AD
ABD．如图所示：图甲中B点是杠杆的支点，动力臂是BE，而不是AB；阻力臂是BC .图乙中D点是杠杆支点，动力臂是AD，阻力臂是BC.根据杠杆平衡条件F1 L1=F2 L2 可知，因为乙图中动力臂大于甲图中的动力臂，所以使用图乙中的杠杆更省力，故AB错误，D正确；C．如图乙所示，杠杆动力臂大于阻力臂，所以图乙中的杠杆是省力杠杆，故C错误。
6. 我国古代的杠杆
（1）桔槔是古代的取水工具。人们在井边竖一根立木，或就地利用树杈，架上一根横木，横木的一端绑上大石块，另一端系绳和水桶。不取水时，石头位置较低；当要取水时，人借助体重向下用力将横木系水桶的一端往下拉，另一端大石块的位置则上升。当水桶装满水后，就让另一端的大石块下降，通过杠杆的作用，将水桶提升。因此，使用这种提水工具时可以减轻劳动强度。
（2）踏碓踏碓是古代的舂米工具，由杵臼演变而来，也运用了杠杆原理。用柱子架起一根木杠，木杠的一端装一块大石头，用脚连续踩踏木杠的另一端，石头就连续起落，去掉石臼中稻谷的皮。
（3）水碓在踏碓的基础上，人们又发明了利用水力的水碓，水碓的原动轮是一个大型卧式水轮，轮的轴上装有一排互相错开的拨板，用以拨动碓杆，碓杆的一端装有碓头，水轮转动时，就使几个碓头相继舂米。它不仅用于粮食加工，还用于舂碎香料、陶土等。
我国古代还有许多杠杆的应用。明代的科技著作《天工开物》中就记载了许多利用杠杆的器具，有兴趣的同学可以进一步研究。
【例题7】如图是《天工开物》中记载的在井上汲水的桔槔，它的前端系一木桶，后端系一质量适当的配重物。木桶装满水后，为了减小人向上提水时所需的拉力，下列操作可行的是（　　）A．将配重靠近支点B．将水桶远离支点C．适当增大配重D．将支点远离地面
A．将配重靠近支点，则配重的重力力臂变小，配重的重力和力臂的乘积会变小，水桶的重力和力臂的乘积不变，则人向上提水时所需的拉力变大，故A不符合题意；B．将水桶远离支点，则水桶的重力力臂变大，水桶的重力和力臂的乘积会变大，配重的重力和力臂的乘积不变，则人向上提水时所需的拉力变大，故B不符合题意；C．适当增大配重，则配重的重力和力臂的乘积会变大，水桶的重力和力臂的乘积不变，则人向上提水时所需的拉力变小，故C符合题意；D．将支点远离地面，则水桶的重力和力臂的乘积不变，配重的重力和力臂的乘积不变，则人向上提水时所需的拉力不变，故D不符合题意。故选C。
在力的作用下，能绕固定点转动的硬棒.①支点：杠杆可以绕其转动的点O.②动力：使杠杆转动的力F1 （人施加的力）.③阻力：阻碍杠杆转动的力F2 （物体施加的力）.④动力臂：从支点到动力作用线的距离l1.⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离l2.①平衡：杠杆在动力和阻力作用下静止时.②平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂 F1l1＝F2l2　①省力杠杆：l1＞l2，F1＜F2，省力，费距离.②费力杠杆：l1＜l2，F1＞F2，费力，省距离.③等臂杠杆：l1=l2， F1=F2，不省力，也不费距离.
1. 有很多物品都可以看作杠杆，比如镊子、订书机等。请观察家里的生活用品，说出另外两种可以看作杠杆的物品。
2．在图中分别画出钳子、自行车手闸这两个杠杆（图中深色部分）工作时的支点、动力和动力臂、阻力和阻力臂。如果用钳子剪铜线时觉得有些费劲，你可以怎样操作？简述其中的物理原理。
‌为了减小所需的力，可以尝试将钳子靠近铜线被剪断的位置。这样做实际上是在减小阻力臂的长度，而动力臂的长度基本保持不变。根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2，当阻力臂减小时，所需的动力也会相应减小。因此，靠近铜线剪断位置操作钳子可以使得剪断铜线变得更加省力。‌
3. 如图所示，在探究杠杆的平衡条件时，如果挂钩码前杠杆没有水平静止，你应该怎样调节杠杆两端的螺母？
将左端的螺母向右调节，或将右端的螺母向右调节，或同时将左、右两端的螺母向右调节。
4. 图为指甲剪的示意图，其中有省力杠杆，也有费力杠杆。哪个部分是省力杠杆，哪个部分是费力杠杆？
由图可知，指甲剪可以看成是由一个撬棒和一个镊子组成，它是由AA’O、O'A'B和O'CB'三个杠杆组成的。撬棒是AA'O，以A'为支点，动力作用在A上，阻力作用在O上，使用时动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；镊子是由O'A'B和O'CB'两个杠杆组成，杠杆O'CB'的支点为O'点，动力作用在C点，阻力作用在B′点，使用时动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；杠杆O'A'B的支点在O'点，动力作用在A'点，阻力作用在B点，使用时动力臂小于阻力臂，是费力杠杆。
5．搬运砖头的独轮车，车体和砖块所受的总重力G为1000N，独轮车的有关尺寸如图所示。抬起独轮车时，人手向上的力F应是多少？
独轮车相当于杠杆，轮子的轴心是支点O，手施加的向上的力F1为动力，车厢和砖头的总重力G为阻力F2=1000N，动力臂l1=1m，阻力臂l2=0.3m
1. 如图所示，O点为杠杆支点，在杠杆右端施加力F，某同学画出力F的力臂l，其中正确的是（　　）
力臂是支点到力的作用线的垂直距离，即力臂与力F的作用线垂直，故A正确，BCD错误。故选A。
A B C D
过支点O作动力F1作用线的垂线，垂线段即为动力臂L1，阻力F2为重物上方绳子对杠杆向下的拉力，方向竖直向下，如图所示。物体对杠杆的拉力即杠杆所受阻力F2，作用点在杠杆上，方向竖直向下，由图知支点是O，从O点向动力F1的作用线作垂线，即为动力臂L。如图所示。
2. 如图甲所示，杠杆保持静止，O为支点，请画出动力F1的力臂L1和阻力 F2的示意图。 如图乙所示，请在图中画出力F1的力臂L及杠杆所受阻力F2的示意图。  
3. 如图甲所示是生活中常用的夹子，拇指对夹子施加压力F1使夹子缓慢张开，夹子上的钢丝对夹子的弹力为F2，则F1 F2（填“＞”、“＝”或“＜”），此时夹子是 （填“省力”“费力”或“等臂”）杠杆；如图乙所示，用夹子夹住木块，夹子上A点受到木块的作用力F3的方向 （填“向下”或“向上”）。
用手捏开夹子时，手施加的力是动力，夹子上的钢丝对夹子的弹力是阻力，由图可知，此时动力臂大于阻力臂，所以此时夹子是省力杠杆，则F1