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(共33張PPT)
蘇科版（2024）九年級(jí)上冊(cè)物理
第十一章 簡(jiǎn)單機(jī)械和功
第 1 課時(shí) 杠桿
給我一個(gè)支點(diǎn)，我就能撬動(dòng)整個(gè)地球！
你想知道阿基米德如是說(shuō)的依據(jù)嗎？
什么是杠桿
做一做
木板上釘了一枚圖釘，你能直接用手把它拔出來(lái)嗎？
一般用手是拔不出來(lái)的。
請(qǐng)從圖 11-1 中選擇合適的工具把圖釘拔出來(lái)。
議一議
你是怎樣拔出圖釘?shù)模坑心男┓椒ǎ磕囊环N方法更方便、省力？
什么是杠桿
在生活中有許多任務(wù)都是用類似的方法來(lái)完成的
觀察圖 11-2，指出圖中的工具在使用時(shí)有哪些共同的特點(diǎn)。
1.都有硬棒
2.在工作中都有一個(gè)固定不動(dòng)的點(diǎn)
3. 在工作時(shí)，其它各部分都繞著這個(gè)固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。
物 理 學(xué) 中， 將在 力 的 作 用 下 可 繞 一 固 定 點(diǎn) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 硬 棒 稱 為 杠 桿（lever）。
杠桿的五要素
支點(diǎn)：杠桿繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)，用點(diǎn)O表示。這一點(diǎn)在工作中固定不動(dòng)。
o
動(dòng)力：使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力，用F1表示。
要想撬動(dòng)圖釘，動(dòng)力作用在哪兒？方向向哪兒？
F1
阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力，用 F2表示。
阻力在哪兒？是誰(shuí)給誰(shuí)的作用力？方向向哪兒？
F2
動(dòng)力臂：從支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距
離，用L1表示。
L1
阻力臂：從支點(diǎn)到阻力作用線的距離，用L2表示。
L2
注意：是作用線，不是作用點(diǎn)
關(guān)于杠桿與力臂的幾點(diǎn)思考
1.下面兩幅圖中，關(guān)于力臂的標(biāo)注，哪個(gè)是正確的，哪個(gè)是錯(cuò)誤的？為什么？
錯(cuò)誤
正確
這是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離。
這是支點(diǎn)到力的作用線的距離。
關(guān)于杠桿與力臂的幾點(diǎn)思考
2.力臂一定在杠桿上嗎？
若力跟杠桿垂直，力臂在杠桿上
若力跟杠桿不垂直，力臂不在杠桿上
關(guān)于杠桿與力臂的幾點(diǎn)思考
3.杠桿一定是直的嗎？
杠桿可以是直的，也可以是彎的
關(guān)于杠桿與力臂的幾點(diǎn)思考
4.在杠桿工作時(shí)，力的作用效果是什么？
在杠桿工作時(shí)，力的作用效果是使杠桿繞著支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。
圖中，動(dòng)力的作用效果使杠桿繞著支點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；
阻力的作用效果使杠桿繞著支點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
事實(shí)證明：動(dòng)力和阻力使杠桿旋轉(zhuǎn)的方向總是相反。
力臂作圖練習(xí)
1.分別畫(huà)出下面兩幅圖的動(dòng)力臂和阻力臂。
學(xué)生板演
力臂作圖練習(xí)
2.分別畫(huà)出下面兩幅圖的杠桿五要素。
學(xué)生板演
o
F1
F2
L1
L2
O
F1
F2
L2
L1
杠桿的平衡條件
實(shí)驗(yàn)與記錄
1. 安裝杠桿，調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使之在水平位置平衡。
與天平調(diào)節(jié)平衡一樣，哪邊高往哪邊調(diào)。
消除杠桿算重對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響
杠桿的平衡條件
實(shí)驗(yàn)與記錄
2. 如 圖 11-4 所 示， 在 杠桿左邊掛一定數(shù)量的鉤碼，用彈簧測(cè)力計(jì)在杠桿右邊某一位置豎直拉住杠桿。設(shè)彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)杠桿豎直向下的拉力 F1 是動(dòng) 力， 動(dòng) 力 臂 為 L1； 鉤 碼 對(duì) 杠桿的拉力 F2 是阻力，阻力臂為L(zhǎng)2。當(dāng)杠桿在水平位置平衡時(shí)測(cè)量 F1、L1、F2、L2 的大小，并將數(shù)據(jù)記錄在下表中。
杠桿的平衡條件
實(shí)驗(yàn)與記錄
3. 在下列情況下使杠桿在水平位置平衡，將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄在上表中：
（1）保持鉤碼和彈簧測(cè)力計(jì)的位置不變，改變鉤碼的數(shù)量。
（2）保持鉤碼的數(shù)量和位置不變，改變彈簧測(cè)力計(jì)的位置。
（3）保持彈簧測(cè)力計(jì)的位置和鉤碼的數(shù)量不變，改變鉤碼的位置。
分組實(shí)驗(yàn)，完成填表
便于在杠桿上直接讀出力臂
杠桿的平衡條件
觀看實(shí)驗(yàn)視頻，收集數(shù)據(jù)
1
0.5
0.05
0.1
0.1
0.1
1
0.5
0.2
1.5
1
1.5
杠桿的平衡條件
交流與小結(jié)
分析表中數(shù)據(jù)，找出它們之間的關(guān)系。你有什么發(fā)現(xiàn)？
動(dòng)力 × 動(dòng)力臂 = 阻力 × 阻力臂
用字母表示可寫(xiě)成
F1 L1 = F2 L2
這就是杠桿的平衡條件，也稱杠桿原理，是由古希臘學(xué)者阿基米德總結(jié)出來(lái)的。
你能說(shuō)出理由嗎？
在我國(guó)，人們很早就開(kāi)始運(yùn)用杠桿解決生產(chǎn)、生活中的問(wèn)題。
圖 11-6 所示是在我國(guó)湖南長(zhǎng)沙出土的戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的天平和砝碼。該天平配有多個(gè)砝碼，最小的砝碼質(zhì)量約為 0.6 g。這說(shuō)明當(dāng)時(shí)的稱量已經(jīng)相當(dāng)精確。
《墨經(jīng)》中對(duì)秤的原理作了較為科學(xué)的描述。《墨經(jīng)》將被稱物品叫作“重”，砝碼叫作“權(quán)”，支點(diǎn)到“重”的距離叫作“本”，支點(diǎn)到“權(quán)”的距離叫作“標(biāo)”，如圖 11-7 所示。
明代科學(xué)家宋應(yīng)星在《天工開(kāi)物》中描繪了用于搗谷的碓（圖 11-8）和用于汲水的桔槔（圖 11-9）。
杠桿的分類
當(dāng)動(dòng)力臂大于阻力臂時(shí)，動(dòng)力小于阻力，這類杠桿稱為省力杠桿。
特點(diǎn)：省力，但費(fèi)距離
杠桿的分類
當(dāng)動(dòng)力臂小于阻力臂時(shí)，動(dòng)力大于阻力，這類杠桿稱為費(fèi)力杠桿。
特點(diǎn)：費(fèi)力，但省距離
杠桿的分類
當(dāng)動(dòng)力臂等于阻力臂時(shí)，動(dòng)力等于阻力，這類杠桿稱為等臂杠桿。
特點(diǎn)：既不省力，也不費(fèi)力
只有這樣，才能保證物體和砝碼質(zhì)量相等。
如圖 11-12 所示，剪刀是生活中常見(jiàn)的工具，它們也都是杠桿。注意觀察從事不同行業(yè)的人所用的剪刀各有什么特點(diǎn)。
鈑金工用的剪刀，其動(dòng)力臂比阻力臂長(zhǎng)，只要用較小的力，就能把堅(jiān)硬的鐵皮剪開(kāi)。
園藝師使用的剪刀有很多種，如修整冬青樹(shù)的剪刀、剪花枝的剪
刀等。
請(qǐng)你調(diào)查：園藝師使用了哪些剪刀？它們各有什么特點(diǎn)和用途？
理發(fā)師用的剪刀手柄比較短，他們剪發(fā)時(shí)手的動(dòng)作幅度較小，可提高剪發(fā)的效率。
裁縫用的剪刀刀刃比平常家用剪刀的刀刃長(zhǎng)得多，完成一次剪裁動(dòng)作可以剪下較長(zhǎng)的布料。
省力杠桿
費(fèi)力杠桿
例題 據(jù)報(bào)道，一位物理老師在動(dòng)物園內(nèi)，用彈簧測(cè)力計(jì)稱出了一頭大象的質(zhì)量。在稱象過(guò)程中，他用到了吊車、鐵籠和一根很長(zhǎng)的槽鋼等輔助工具，如圖 11-13 所示。槽鋼上的懸吊點(diǎn) O 為支點(diǎn)，測(cè)得動(dòng)力臂 L1為 9 m，阻力臂 L2為 7 cm（圖 11-14）。槽鋼在水平位置平衡時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為 200 N。不計(jì)槽鋼和鐵籠的質(zhì)量，試估算大象的質(zhì)量（g 取 10 N / kg）。
分析 稱象過(guò)程應(yīng)用了杠桿原理。若不計(jì)槽鋼和鐵籠的質(zhì)量，則圖11-14 中的 F2 與大象所受的重力 G 大小相等。
解答 槽鋼是一個(gè)杠桿，點(diǎn) O 為支點(diǎn)，人通過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)杠桿 A 端
的拉力 F1 = 200 N 為動(dòng)力，動(dòng)力臂 l1 = 9 m；杠桿 B 端所受的拉力 F2 為阻力，阻力臂 l2 = 7 cm = 0.07 m。
反思 如果要考慮槽鋼和鐵籠的質(zhì)量，那么在稱象前應(yīng)做什么準(zhǔn)備工作？
1分鐘小組討論
如圖所示，B點(diǎn)先掛上空鐵籠，在O點(diǎn)用吊車輕輕吊起，可以出現(xiàn)兩種情況。
1.A端高、B端低
在A點(diǎn)用彈簧測(cè)力豎直向下拉，使槽鋼水平，讀出測(cè)力計(jì)示數(shù)F0.
2.B端高、A端低
在A點(diǎn)用彈簧測(cè)力豎直向上拉，使槽鋼水平，讀出測(cè)力計(jì)示數(shù)F0.
人體的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要是由骨、關(guān)節(jié)和骨骼肌組成的。盡管人體的各種運(yùn)動(dòng)相當(dāng)復(fù)雜，但最基本的運(yùn)動(dòng)都是由骨繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的，其模型就是杠桿。例如，當(dāng)手握啞鈴向上運(yùn)動(dòng)時(shí)（圖 11-15），上臂的肱二頭肌收縮、肱三頭肌伸展產(chǎn)生的力使前臂骨繞肘關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，前臂骨可以看成杠桿，肘關(guān)節(jié)是支點(diǎn)，啞鈴對(duì)手的壓力是阻力，上臂中的骨骼肌對(duì)前臂骨施加的力則是動(dòng)力。
人體中的杠桿為科技工作者的發(fā)明創(chuàng)造提供了很多啟示，機(jī)械臂的發(fā)明就是其生動(dòng)體現(xiàn)。中國(guó)空間站的機(jī)械臂（圖 11-16）設(shè)置了多個(gè)關(guān)節(jié)，通過(guò)這些關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)任意角度與位置的抓取等操作。它還能在空間站艙體外表面“爬行”，主要承擔(dān)艙段轉(zhuǎn)位、航天員出艙活動(dòng)、艙外貨物搬運(yùn)、艙外狀態(tài)檢查和大型設(shè)備維護(hù)等任務(wù)。
人體有 600 多塊骨骼肌，它們?cè)谏窠?jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，分別負(fù)責(zé)各部位的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)你做抬腿、伸臂、點(diǎn)頭、叩齒等動(dòng)作時(shí)，就用到了身上各種各樣的杠桿。
1. 指出圖 11-17 中各個(gè)杠桿工作時(shí)的支點(diǎn)、動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力和阻力臂，并說(shuō)明它們中哪些是省力杠桿，哪些是費(fèi)力杠桿。
學(xué)生板演
省力杠桿
費(fèi)力杠桿
o
L1
L2
F2
F1
省力杠桿
2. 如 圖 11-18 所 示， 在“ 探 究 杠 桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中，保持杠桿在水平位置平衡，改變彈簧測(cè)力計(jì)拉杠桿的方向，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)會(huì)改變嗎？試用杠桿平衡條件解釋。
3. 小制作：蠟燭蹺蹺板。
在一段塑料管中間垂直插入一根大號(hào)縫衣針，將兩支相同的蠟燭分別插入塑料管的兩端，再把縫衣針的兩端分別放在兩個(gè)玻璃杯上，就做成了一個(gè)蠟燭蹺蹺板。如圖 11-19所 示， 點(diǎn) 燃 蠟 燭，你 看 到 了 什 么 現(xiàn)象？ 你 能 說(shuō) 明 其 中的道理嗎？
答：因?yàn)榭p衣針不可能正好在重心位置，質(zhì)最略大的一端下傾，火苗向上燒，使這一端的蠟燭熔化較快，質(zhì)量很快小于另一端，向上翹起，另一端就會(huì)下傾；同理，當(dāng)另一端質(zhì)最變小后，又向上翹起，使蠟燭蹺蹺板不停地往復(fù)擺動(dòng)。
課堂小結(jié)
下課了！同學(xué)們?cè)僖?jiàn)！

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