杠桿
定義：在力的作用下繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒叫杠桿。
說(shuō)明：① 一個(gè)物體可以成為杠桿，必須滿足兩個(gè)條件：① 受到力的作用;② 能繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
② 杠桿可直可曲，形狀任意。
③ 有些情況下，可將杠桿實(shí)際轉(zhuǎn)一下，來(lái)幫助確定支點(diǎn)。如：魚(yú)桿、鐵鍬。
五要素──組成杠桿示意圖。
① 支點(diǎn)：杠桿繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)。用字母O表示。
② 動(dòng)力：使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力。用字母F1表示。
③ 阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力。用字母F2表示。
說(shuō)明：動(dòng)力、阻力都是杠桿的受力，所以作用點(diǎn)在杠桿上。
動(dòng)力、阻力的方向不一定相反，但它們使杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反。
④ 動(dòng)力臂：從支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離。用字母L1表示。
⑤ 阻力臂：從支點(diǎn)到阻力作用線的距離。用字母L2表示。
杠桿示意圖畫(huà)法：① 確定支點(diǎn);② 確定動(dòng)力和阻力，畫(huà)力的作用線;③ 畫(huà)力臂;④ 標(biāo)出各個(gè)物理量。
畫(huà)圖技巧
力的作用線是沿力的方向所畫(huà)的直線。力的作用線用虛線表示。
力臂不是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離。力臂用實(shí)線表示，在畫(huà)力臂時(shí)，如果力的作用線太短，可用虛線將力的作用線延長(zhǎng)。力臂部分要用大括號(hào)標(biāo)出來(lái)。
檢驗(yàn)所畫(huà)力的方向是否正確的最簡(jiǎn)單方法是，看動(dòng)力和阻力使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的效果是否相反。
動(dòng)力、阻力的方向不一定相反，但它們一定使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反：當(dāng)動(dòng)力、阻力在支點(diǎn)兩側(cè)時(shí)，它們的方向大致相同;當(dāng)動(dòng)力、阻力在支點(diǎn)一側(cè)時(shí)，它們的方向大致相反。
確定杠桿支點(diǎn)的方法是根據(jù)平時(shí)的體驗(yàn)，判斷杠桿繞著哪點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，則這一點(diǎn)就是支點(diǎn)。如：魚(yú)竿、鐵鍬的支點(diǎn)都在后手的位置上。
研究杠桿的平衡條件：
杠桿平衡是指：杠桿靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。
實(shí)驗(yàn)：
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】
如圖，調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母(和天平的調(diào)節(jié)方法相同)，使杠桿在不掛鉤碼時(shí)，保持水平并靜止，達(dá)到平衡狀態(tài)。給杠桿兩端掛上不同數(shù)量的鉤碼，移動(dòng)鉤碼的位置，使杠桿保持水平并靜止。記下動(dòng)力、阻力，測(cè)量動(dòng)力臂和阻力臂。改變力和力臂的數(shù)值，再做兩次實(shí)驗(yàn)。
根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，例如可以對(duì)它們進(jìn)行加、減、乘、除等運(yùn)算，找出它們之間的關(guān)系
【實(shí)驗(yàn)表格】
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實(shí)驗(yàn)次數(shù) |
動(dòng)力F1/ |
動(dòng)力臂l1/m |
阻力F2/ |
阻力臂l2/m |
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1 |
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2 |
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3 |
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【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】杠桿的平衡條件是動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂。
l 杠桿平衡公式： F1L1=F2L2 也可寫(xiě)成：F1 /F2=L2 /L1。
l 杠桿平衡條件(又叫杠桿原理)：希臘 阿基米德
【注意事項(xiàng)】
① 實(shí)驗(yàn)前：應(yīng)調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿在水平位置平衡。
這樣做的目的是：便于在杠桿上直接測(cè)出力臂的大小。
② 多次實(shí)驗(yàn)的原因：只做一次實(shí)驗(yàn)，獲得的結(jié)論具有偶然性，不能反映普遍規(guī)律，所以要多次實(shí)驗(yàn)。
③ 不同物理量之間不能進(jìn)行加、減運(yùn)算。
應(yīng)用：
名稱 |
結(jié) 構(gòu)特 征 |
特 點(diǎn) |
應(yīng)用舉例 |
省力 杠桿 |
動(dòng)力臂大于 阻力臂 |
省力、 費(fèi)距離 |
撬棒、鍘刀、動(dòng)滑輪、輪軸、羊角錘、鋼絲鉗、手推車、花枝剪刀 |
費(fèi)力 杠桿 |
動(dòng)力臂小于 阻力臂 |
費(fèi)力、 省距離 |
縫紉機(jī)踏板、起重臂、人的前臂、 理發(fā)剪刀、釣魚(yú)桿 |
等臂 杠桿 |
動(dòng)力臂等于 阻力臂 |
不省力 不費(fèi)力 |
天平，定滑輪 |
說(shuō)明：應(yīng)根據(jù)實(shí)際來(lái)選擇杠桿，當(dāng)需要較大的力才能解決問(wèn)題時(shí)，應(yīng)選擇省力杠桿，
當(dāng)為了使用方便，省距離時(shí)，應(yīng)選費(fèi)力杠桿。
根據(jù)杠桿平衡條件判斷杠桿平衡的方法：
① 計(jì)算動(dòng)力與動(dòng)力臂的乘積、計(jì)算阻力與阻力臂的乘積;
② 比較兩個(gè)乘積的大小，若相等則杠桿平衡;若不相等，則杠桿不平衡，杠桿將向乘積較大一方偏轉(zhuǎn)。
利用杠桿平衡條件判斷力的大小變化的方法是：
① 找出杠桿的支點(diǎn)和作用在杠桿上的力及力臂;
② 依據(jù)題意，確定力和力臂中哪些量的大小不變，哪些量大小變化;
③ 應(yīng)用F1l1=F2l2判斷出力或力臂的變化。
解題指導(dǎo)：分析解決有關(guān)杠桿平衡條件問(wèn)題，必須要畫(huà)出杠桿示意圖;弄清受力與方向和力臂大小;然后根據(jù)具體的情況具體分析，確定如何使用平衡條件解決有關(guān)問(wèn)題。(如：杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)施加的動(dòng)力如何變化，沿什么方向施力最小等。)
解決杠桿平衡時(shí)動(dòng)力最小問(wèn)題：此類問(wèn)題中阻力×阻力臂為一定值，要使動(dòng)力最小，必須使動(dòng)力臂，要使動(dòng)力臂需要做到：
在杠桿上找一點(diǎn)，使這點(diǎn)到支點(diǎn)的距離最遠(yuǎn);② 動(dòng)力方向應(yīng)該是過(guò)該點(diǎn)且和該連線垂直的方向。