九年级物理全册 第十三章 力和机械《杠杆》拓展提高 新人教版

杠杆提高拓展古希腊科学家阿基米德曾经说过：“给我一个支点，我就能举起地球．”阿基米德真能举起地球吗？智能提要杠杆杠杆的概念及五要素杠杆的平衡条件杠杆的分类及其应用千万不能理解成力臂为支点到力的作用点的长度．问：怎样正确理解力臂的概念？答：关于力臂的概念，要注意以下几点：（1）力臂是支点到力的作用线的距离，从几何上来看，是“点”到“直线”的距离。其中“点”为杠杆的支点；“线”为力的作用线，即通过力的作用点沿力的方向所画的直线。（2）某一力作用在杠杆上，若作用点不变，但力的方向改变，那么力臂一般要改变。如图所示，力F的大小一样，由于作用在杠杆上A点的方向不同，力臂就不同．（a）图中F的力臂l比（b）图中F的力臂lˊ大．（3）力臂不一定在杠杆上，如图所示．（4）若力的作用线过支点，则它的力臂为零．问：你能总结一下画力臂的一般步骤吗？答：可按下述步骤画力臂：（1）首先确定支点O．（2）画好动力作用线及阻力作用线．画的时候可用虚线将力的作用线延长．（3）再从支点O向力的作用线引垂线，画出垂足，则支点到垂足的距离就是力臂．（4）最后用大括号勾出力臂，在旁边标上字母l1或l2，分别表示动力臂或阻力臂。智能拓展用不准确的天平进行准确的测量我们实验室力测量物体质量的天平是等臂杠杆，它是根据杠杆的平衡条件制作的测量仪器．6因为动力臂等于阻力臂，所以左盘中的物重等于右盘中的砝码重，左盘中的物体质量等于右盘中的砝码质量．由于使用不当和部分被损，一些天平实际上的不等臂杠杆，用这样的天平直接测量，不管你是怎样认真地进行正确操作，称量结果与物体的真实值之间总有偏差．在粗略测量和练习使用天平时，都可以忽略由于仪器本身造成的误差．但是在精确测量中，这是不允许的，如何用不准确的天平进行准确的测量呢？第一种方法“是恒载法”．先将另外一个物体放到天平的一只托盘上，然后把砝码放在另外一只托盘上，直至天平平衡．接着，把待测物体放到放砝码的托盘上，并将其中的一部分砝码逐渐取出，使天平恢复平衡．此时，被测物体的质量就等于被取出的砝码的质量．由于砝码是准确的，所称出的值就是它的真实值．第二种方法是“替代法”．把待测物体放到天平的一只盘上，另外拿些沙粒加到另外一只盘上，一直加到使天平平衡．然后，把待测物体拿下（沙粒别动），逐渐把砝码加到这只盘上，直到天平重新恢复平衡为止．这样，被测物体的质量就等于盘上砝码的质量．第三种方法是“复称法”．首先把待测物体（设质量为m）放在左盘，然后往右盘加砝码（质量为m1）使之平衡．此时，便有mgl1=m1gl2（l1、l2分别为左、右盘到天平中央刀口的距离）．接着，又将待测物体放到右盘，然后往左盘加砝码（质量为m2）至天平平衡．此时，也有m2gl1=mgl2．将两式相比可得，只要将m1、m2的值代入上式，便可以得出待测物体的质量了．智能归例题型一会确认并画出杠杆的动力臂和阻力臂乙甲例如图甲所示，杠杆OA处于平衡状态，在图中分别画出力F1和F2对支点0的力臂L1和L2。知识点力臂的概念，会画力臂闯关点拨再次提醒：画力臂时必须注意力臂是“支点到力的作用线的距离”，而不是“支点到力的作用点的距离”。答如图乙所示乙[变形题1]如下图甲所示，杠杆OA在力F1、F2的作用下处于静止状态，L2是力F2的力臂．在图中画出力F1的力臂L1和力F2．甲闯关点拨根据已知的力臂画力时，力的作用线应与力臂垂直，且要注意力的作用点应画在杠杆上．还要注意力的方向不要画反了．答如上图乙所示6[变形题2]如下图甲所示的钢丝钳，其中A为剪钢丝处，B为手的用力点，O为转动轴，图乙为单侧钳柄及相连部分示意图，请在图乙中画出剪钢丝时的动力F1、阻力F2、动力l1、阻力臂l2。丙闯关点拨动力作用在B点，方向竖直向下，阻力作用在A点，方向竖直向下。表示F1的线段应比表示F2的线段短一些，因为钢丝钳是省力杠杆．答如图丙所示题型二有关探究杠杆平衡条件的实验题注意：F1的力臂并非杠杆的OA段，不能直接比较OA与OB．例1某同学用如右图所示装置验证杠杆的平衡条件，所用的4只钩码每只质量都是50g，在图示情况时，杠杆AB处于水平平衡状态，这时弹簧秤的读数为2.80N．设F1的力臂为l1，F2的力臂l2，则．若在杠杆左端钩码下方增加一个相同的钩码，重新调节弹簧秤对杠杆右端拉力的方向后，使杠杆AB再次恢复水平平衡，则这时弹簧秤的拉力与对应力臂的乘积应是未增加钩码前弹簧秤的拉力与对应力臂乘积的____倍．知识点探究杠杆的平衡条件闯关点拨图中的杠杆平衡时，应满足F1l1=F2l2，则．增加钩码后，再次平衡时，由杠杆的平衡条件得F1ˊl1ˊ=F2ˊl2ˊ，那么．答7/105/4例2在右图所示的实验装置中：①实验前没有挂钩码时，发现杠杆左端下倾，应将杠杆右端螺母向_______(左或右)边旋一些，使杠杆在水平位置平衡。②实验时只有8个相同的钩码，杠杆上每格等距，当在A6点挂4个钩码时，则怎样挂钩码可以使杠杆在水平位置平衡？(请设计两种方案)答：①_______________________________②____________________________。知识点杠杆平衡条件的应用闯关点拨解题的关键是依据杠杆的平衡条件，看左、右两边的力和力臂的乘积是否相等．解（1）右（2）①2个钩码挂在“6”处；②3个钩码挂在“4”处．请思考：还有两种方案，你能说出来吗？题型三有关杠杆的动态平衡问题图12-16例1如图12-16所示，用始终与杠杆垂直的力F，将杠杆缓慢地由位置A拉至位置B，阻力G的力臂，动力F。(填“变大”或“变小”“不变”)知识点杠杆的平衡条件及其应用闯关点拨关键是要先弄清哪些是不变量，哪些是改变量，再根据杠杆的平衡条件作出判断分析和解分别画出杠杆在A、B两位置的阻力G的力臂可看出，阻力臂lG将变大，由于F的方向始终与杠杆垂直，所以F的力臂始终等于杠杆长，故F的力臂lF不变。根据公式答变大变大图12-17[变形题]如图12-17所示，一根重木棒在水平动力（拉力）Ｆ的作用下以Ｏ点为轴，由竖直位置逆时针匀速转到水平位置的过程中，若动力臂为l，动力与动力臂的乘积为Ｍ，则（）A．Ｆ增大，ｌ增大，Ｍ增大B．Ｆ增大，ｌ减小，Ｍ减小C．Ｆ增大，ｌ减小，Ｍ增大D．Ｆ减小，ｌ增大，Ｍ增大分析和解如图中由竖直位置转到水平位置的过程中，动力臂L逐渐减小，而木棒的重不变，重力的力臂LG逐渐增大．由杠杆的平衡条件M=FL=GLG，而水平动力F=，由上述两式可知M增大，L减小，F增大。答选C图12-18例2如图12-18所示，O为杠杆AC的支点，在O处挂一小球，AO=OB=BC，为使杠杆在水平位置平衡，画出施加在杠杆上最小动力F1的力臂L1：，并标出F1的方向。闯关点拨由杠杆的平衡条件：F1l1=F2l2知，在阻力和阻力臂不变的情况下，要想用的动力最小，则要求动力臂最大。6图12-19动力臂最长的条件：①作用在杠杆上的动力的作用点离支点最远；②动力的方向与支点跟作用点的连线垂直．最长的动力臂即为支点跟作用点的距离．解最小动力F1应在离支点最远的C点，最长的动力臂应为OC，F1的方向应垂直于OC向上，如图12-19所示．题型四杠杆平衡条件的应用例1如图12=20所示是一个指甲刀的示意图，它由三个杠杆ＡＢＣ、ＯＢＤ和ＯＥＤ组成，用指甲刀剪指甲时，下面说法正确的是（）图12-20A．三个杠杆都是省力杠杆B．三个杠杆都是费力杠杆C．ＡＢＣ是省力杠杆，ＯＢＤ、ＯＥＤ是费力杠杆D．ＡＢＣ是费力杠杆，ＯＢＤ、ＯＥＤ是省力杠杆知识点能从日常生活中器具中辨认出杠杆，并能对它们进行分类闯关点拨根据杠杆的平衡条件，省力杠杆的特点是L1＞L2，费力杠杆的特点是L1＜L2．分析和解对ABC杠杆，B是支点，由图中不难看出动力臂大于阻力臂，故为省力杠杆；对OBD杠杆，O是支点，阻力作用与D，动力作用于B，故动力臂小于阻力臂，为费力杠杆；对OED杠杆，阻力作用于D，动力作用于E，故动力臂小于阻力臂，为费力杠杆．答选C图12-21例2一把杆秤不计自重，提纽到秤钩距离是4cm，秤砣质量250g．用来称质量是2kg的物体，秤砣应离提纽多远，秤杆才平衡？若秤杆长60cm，则这把秤最大能称量多少kg的物体？（如图12-21所示）知识点利用杠杆平衡条件进行计算图12-22闯关点拨杆秤也是一个杠杆．提纽处看作杠杆支点．若将重物对杆的力看作动力F1，物体离提纽的距离就是动力臂l1；则秤砣对杆的力就是阻力F2，秤砣离提纽的距离是阻力臂l2．（如图12-22所示）解由于物体和秤砣对杠杆的力分别等于各自的重力，　　根据杠杆平衡条件：F1L1=F2L2，　　  得 m1gl1=m2gl2　　   2kg×g×4cm=0.25kg×g×l2　　 l2=32cm　　   即称2kg物体时秤砣离提纽32cm．　　   当阻力臂最大时，称量物体质量最大．l2'=56cm　　   由F'1'l1=F2l'2，得m1'gl1=m2gl2'　　 m1'×g×4cm=0.25kg×g×56cm　　   m1'=3.5kg　　   即秤的最大称量是3.5kg．6答称2kg物体时秤砣离提纽32cm，秤的最大称量是3.5kg．6