物理人教版八年级下册杠杆的平衡条件.docx
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物理人教版八年级下册杠杆的平衡条件
第十二章第1节杠杆(第1课时)
一.导疑——情境导入,提出疑问
古希腊的伟大的科学家阿基米德为什么敢说“给我一个支点,我就能够移动地球”?
学习目标:
1、知道什么是杠杆,能从常见的工具和简单机械中识别杠杆。
2、知道杠杆的一些名词术语:
支点、动力、阻力、动力臂和阻力臂。
3、会找杠杆的支点,会画杠杆上的动力、动力臂、阻力、阻力臂。
二.引探——自主学习,探究问题
同学们通过查找课本,完成下列问题:
1、一根硬棒,在能绕着转动,这根硬棒就是杠杆。
认识下面生活中的杠杆。
图1图2图3
图4
2、杠杆的五要素
支点:
杠杆的点,即定义中的固定点,用字母_____表示;
动力:
使的力;用字母_________表示;
阻力:
的力;用字母_________表示;
注释:
动力和阻力是按照力的转动效果命名的,都是外界施加给杠杆的力,杠杆是受力物体,力的作用点也一定在杠杆上。
动力臂:
从支点到的垂直距离,用字母_________表示;
动力臂:
从支点到的垂直距离。
用字母_________表示。
三.释疑——主动展示,阐释疑点
1.画出下列杠杆的力臂
F1_1______
F2_1______
甲
乙
2.画出下面杠杆的力臂
丙
丁
四.启思——归纳总结,提炼方法
(1)力臂是支点到垂足的距离,不是支点到作用点的距离,因此力臂不一定在杠杆上。
(2)作图细节方面:
力的作用线用虚线表示,且力臂的长度应该用大括号或双箭头标记;垂直的地方应有垂足;支点处用O标记。
五、精练——当堂训练,提升能力
1、下列关于杠杆的说法中,正确的是( )
A、杠杆只可以是直的B、杠杆一定有支点
C、杠杆的支点可以不在杠杆上D、杠杆的长度等于动力臂与阻力臂之和
2、下列测量工具没有利用杠杆原理的是( )
A.弹簧测力计 B.杆秤 C.台秤 D.托盘天平
3、如图所示,图中画出了它们的支点、动力和阻力,箭头表示力的方向,试画
出它们的动力臂和阻力臂。
AB
EF
GH
第1节杠杆(第2课时)
一.
导疑——情境导入,提出疑问
人类很早以前就使用了杠杆,如图就是我们的祖先在建造宫殿时利用木棒搬动巨大木料的情景,为什么用较小的动力可以克服较大的阻力呢?
学习目标:
1、经历探究杠杆平衡条件的过程,学习分析实验现象,寻找数据间规律,从中归纳出实验结论的一般方法。
2、理解杠杆的平衡条件,并能解决一些简单的问题
3、知道省力杠杆、费力杠杆用、等臂杠杆及在生活中的应用。
二.引探——自主学习,探究问题
(一)探究杠杆的平衡条件:
1.杠杆的平衡状态:
杠杆在动力和阻力的作用下处于或。
(注意:
杠杆不论在什么位置静止,都是处于平衡状态)
2.探究杠杆的平衡条件
提出问题:
杠杆平衡时,动力、动力臂与阻力、阻力臂之间存在怎样的定量关系?
猜想:
________________________________________________________
设计实验:
实验器材:
杠杆、铁架台、钩码
实验步骤:
(1)如图,把杠杆的中点支在铁架台上,调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在位置平衡;
(目的是)
(2)在杠杆两端挂上不同数量的钩码,移动钩码的位置,直至杠杆在水平位置重新平衡。
(3)设右侧钩码对杠杆的施的力为动力F1,左侧钩码对杠杆施的力为阻力F2;测出杠杆平衡时的动力臂l1和阻力臂l2,将力和力臂的数值填入表中。
(4)改变动力F1和动力臂l1的大小,相应调节阻力F2和阻力臂l2再做两次实验。
(多次实验的目的是)
进行实验与收集数据:
实验次数
动力F1/N
动力臂l1/cm
阻力F2/N
阻力臂l2/cm
1
2
3
分析论证得出结论:
杠杆的平衡条件是:
___________________________________
表达式:
这个平衡条件就是阿基米德发现的原理
(二)杠杆的应用
1、动力臂l1大于阻力臂l2,则动力F1_____阻力F2,这类杠杆是省力杠杆。
特点:
力、距离。
应用举例:
_________________________________________________
2、动力臂l1小于阻力臂l2,则动力F1_____阻力F2,这类杠杆是费力杠杆。
特点:
力、距离。
应用举例:
__________________________________________________
3、
动力臂l1=阻力臂l2,则动力F1_____阻力F2,这类杠杆是等臂杠杆。
特点:
既不力也距离
应用举例:
_____________________
三.释疑——主动展示,阐释疑点
例1:
据《杭州日报》报道,2001年6月22日,在杭州动物园内,一位物理老师利用杠杆原理,仅用小小的弹簧测力计就测出了一头大象的质量(如图所示),测量时利用了一根长度为10m的槽钢作为杠杆,吊钩固定点O为支点,弹簧测力计的示数为200N,测得动力臂为9m,阻力臂为6cm,若不计槽钢和铁笼的质量,请估算大象的质量。
g取10N/kg
例2、如图所示,作用在杠杆一端且始终与杠杆垂直的力F,将杠杆缓慢地由位置A(OA与水平方向平行)向上拉动,力F在这个过程中 ;若F的方向始终坚直向上,则将杠杆缓慢地由位置A向上拉,力F在这个过程中 。
(均先填“变大”、“变小”或“不变”)
四.启思——归纳总结,提炼方法
1、最小力问题:
根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2,要使动力最小,就应该动力臂最长。
做法是:
在杠杆上找到距离支点最远的一点,连接动力作用点和支点的距离作为力臂,动力方向应该跟力臂垂直,并且让杠杆的转动方向与阻力让杠杆转动的方向相反。
2、力的变化问题:
利用杠杆平衡条件F1L1=F2L2和控制变量法,抓住不变量,分析变量之间的关系。
3、再平衡问题:
杠杆再平衡判断,关键是要判断杠杆在发生变化前后,力和力臂的乘积是否相等。
如果平衡杠杆两边的力和力臂成相同比例的变化,则杠杆仍平衡。
4、杠杆转动问题:
杠杆转动问题实质还是再平衡问题,用杠杆平衡条件列出方程,如果两边的力和力臂乘积相等,杠杆就继续平衡,如果两边的力和力臂的乘积不等,哪边乘积大,哪边就下沉。
五、精练——当堂训练,提升能力
1、在探究“杠杆平衡条件”的实验中,若杠杆在使用前左高右低,要使它水平平衡,应将杠杆左端的平衡螺母向 调节。
某小组得到的两组实验数据如下表所示:
动力F1/N
动力臂L1/cm
阻力F2/N
阻力臂L2/cm
2
5
1
10
1
6
2
3
根据实验数据,可以得出的结论是:
(用文字或符号表述均可)
2、在探究杠杆平衡条件的实验中,多次改变力和力臂的大小主要是为了 ( )
A、减小磨擦B、使每组数据更准确
C、多次测量取平均值减小误差D、获得多组数据归纳出物理规律
3、东营地区油气资源丰富,如图为我市的标志性机械“提油机”。
是油机的旋转臂实质上是一根杠杆,其支点为O,请在图中画出力F的力臂L。
第3题图 第4题图
4、如图所示,小明正在做俯卧撑,把他的身体看作一个杠杆,O为支点,A为重心,他的体重为550N。
地面对手的支持力F的力臂是 m,F大小为
N。
5、建筑工地上,工人用独轮车运送石块如图所示,石块与独轮车的总重为600N。
重心在A点,则工人两手对车所施加向上的力F是 N;要想使F更小一些,你的建议是 。
第5题图 第6题图 第7题图
6、如图是小丽在“研究杠杆平衡条件”的实验中,使杠杆在水平位置平衡。
如果在杠杆两边的钩码下面各增加一个大小相等的钩码,则杠杆( )
A、仍然平衡B、不平衡,左端下降
C、不平衡,右端下降D、无法确定
7、在探究杠杆平衡条件的实验中,高兴同学用如图所示的方式悬挂钩码,杠杆也能水平平衡(杠杆上每格等距),但老师却往往提醒大家不要采用这种方式。
这主要是因为该种方式( )
A、一个人无法独立操作B、需要使用太多的钩码
C、力和力臂数目过多D、力臂与杠杆不重合
第8题图 第9题图
8、如图所示的是用道钉撬起出道钉的示意图。
若已知作用在A点的动力F1=2000N,试求这时道钉对道钉撬的阻力F2的大小。
(道钉撬自身重力不计)
9、小强在验证杠杆平衡条件的实验中:
(1)实验前没有挂钩码和弹簧测力计时,发现杠杆左端高右端低,要使其在水平位置平衡,应将杠杆左端的平衡螺母向 调节,这一调节过程的目的是为了使杠杆的 杠杆平衡不产生影响,这时杠杆重力的力臂为 ;
(2)在图中,杠杆水平平衡后,小强调节左边钩码的个数和位置,使杠杆水平平衡时,测出F1=1.2N,F2=1.2N;OA=30cm,OB=20cm。
他将所得数据直接代入杠杆平衡条件的公式中,发现F1×OA和F2×OB并不相等,从而认为杠杆的平衡条件不一定是F1l2=F2=l2。
小强的失误是 ;
(3)在图中,若B处的钩码不变,小强将弹簧没力计由A处移到C(OC=10cm)处施加一个坚直方向的力,使杠杆在水平位置平衡,则这个力的方向应 ,大小为 N;
(4)在图中,若B处的钩码不变,小强不用弹簧则力计,在A处挂 N的钩码,杠杆在水平位置仍平衡。
10、如图是各式各样剪刀的示意图,它们都是一对的杠杆。
现要用它们来剪开较硬的物体,其中选用最合适的剪刀是()
11、如图所示的简单机械,在使用中属于费力杠杆的是()
12、如图所示属于费力杠杆的是()
13、画出使杠杆AB在图所示位置静止时所用最小力F的作用点和方向
14、如图1所示,物体G的重力为200N,OA=30cm,AB=60cm,BC=50cm,用此杠杆将物体G提起,所用的最小动力是多少?
第2节滑轮(第1课时)
一.导疑——情境导入,提出疑问
1.学校升国旗时,旗手站在地面上往下拉绳子,国旗就会升到旗杆的顶部,如图(a)所示。
这是什么道理呢?
2.分析图(a)、(b)所示使用滑轮的情景,你会发现使用滑轮能给我们带来哪些好处呢?
学习目标
1.能区别定滑轮和动滑轮,理解滑轮的工作原理。
2.了解定滑轮和定滑轮的特点。
3.通过了解滑轮的应用,进一步认识物理学是有用的,提高学习物理的兴趣。
二.引探——自主学习,探究问题
同学们通过阅读课本,完成下列问题:
1、轴的位置这种滑轮叫做定滑轮。
2、轴的位置这种滑轮叫做是动滑轮,
3、请学生举出生活和生产中应用滑轮的实例,并指出分别是哪一种滑轮。
人们在不同的场合使用不同的滑轮,这也是由于定、动滑轮的不同特点决定的,那么定滑轮与动滑轮它们各有什么特点呢?
一、探究定滑轮的特点
(1)先测出钩码重,再按图所示方式组装定滑轮。
(2)竖直向下拉弹簧测力计,使钩码保持平衡态,读出弹簧测力计示数,并测出弹簧测力计和钩码移动的距离,将实验数据记录在表中。
实验次数
钩码的重力G/N
钩码移动的距离h/cm
拉力的大小F/N
弹簧测力计移动的距离s/cm
1
2
3
(3)改变弹簧测力计拉力的方向,进行观察和比较。
(4)改变钩码的个数,重做上述实验
(5)分析表格中的数据找出定滑轮的特点。
得出结论:
使用定滑轮力,也距离,但可以力的方向。
二.探究动滑轮的特点
(1).按图所示方式组装动滑轮。
(2)竖直向上拉弹簧测力计,使钩码保持平衡态,读出弹簧测力计示数,并测出弹簧测力计和钩码移动的距离,将实验数据记录在表中。
(3).改变钩码的个数,重做上述实验,进行观察和比较。
(4)分析表格中的数据找出动滑轮的特点。
实验次数
钩码的重力G/N
钩码移动的距离h/cm
拉力的大小F/N
弹簧测力计移动的距离s/cm
1
2
3
得出结论:
使用动滑轮能力,但力的方向,而且距离,。
(5)拓展:
使用动滑轮时,无论在什么情况下都一定省力一半吗?
三、认识定滑轮和动滑轮的本质
1、认识定滑轮的本质
(1)作出甲图定滑轮中的支点、动力和阻力、动力臂和阻力臂。
(2)运用杠杆的平衡条件分析定滑轮:
。
(3)得出结论:
定滑轮实质上是一个杠杆。
2.认识动滑轮的本质
(1)作出乙图动滑轮中的支点、动力和阻力、动力臂和阻力臂。
(2)运用杠杆的平衡条件分析动滑轮:
。
(3)得出结论:
动滑轮实质上是一个的杠杆。
三.释疑——主动展示,阐释疑点
例1、如图所示的装置中,甲物重5N,乙物重3N,甲、乙均保持静止状态,不计弹簧秤的自重.则甲物受到的合力和弹簧秤的示数分别是()
A、0,3N B、0,5N
C、2N,5N D、2N,3N
例2、如图所示,物重G=30N,绳的一端拴在地面,拉力F使滑轮匀速上升。
(l)若滑轮重不计,滑轮向移动20cm,则拉力F=N,物体上升cm。
(2)若滑轮重为2N,使物体上升20cm,则拉力F=N,滑轮向上移动cm
例3、如图所示,三个滑轮拉同一物体在水平面作匀速直线运动,所用拉力分别为F1、F2、F3那么有()
A、F1>F2>F3B、F1 四.启思——归纳总结,提炼方法 (1)定滑轮实质上是等臂杠杆;使用定滑轮不省力,但可以改变力的方向。 (2)动滑轮实质上是个动力臂是阻力臂2倍的杠杆;使用动滑轮能省力,但不能改变力的方向,而且费距离。 五、精练——当堂训练,提升能力 1、下列滑轮使用示意图中,滑轮不是定滑轮的是 ( ) 2、如图所示,下列说法正确的是( ) A、甲、乙都是定滑轮B、甲、乙都是动滑轮 C、甲是定滑轮,乙是动滑轮D、甲是动滑轮,乙是定滑轮 甲 乙 3、下列关于定滑轮和动滑轮使用目的中,正确的是 ( ) A、都是为了省力B、都是为了省距离 C、都是为了改变力的方向 D、使用定滑轮是为了改变力的方向,使用动滑轮的目的是为省力 4、如图所示,弹簧则力计沿不同的方向匀速直线拉动时的拉力分别为F1、F2、F3,则这三个力的大小关系为(不考虑绳子的重力和摩擦) A、F1>F2>F3B、F1<F2<F3C、F1=F2=F3D、F1>F2=F3 5、如图所示,弹簧测力计沿不同的方向匀速直线拉动时的拉力分别为F1、F2、F3,则这三个力的大小关系为(不考虑绳子的重力和摩擦) ( ) A、F1>F2>F3B、F1<F2<F3C、F1=F2=F3D、F1>F2=F3 6、如图为家庭手摇升降晾衣架结构图,当顺时针摇动手柄时、横梁上升.下列滑轮属于动油轮的是( ) A、甲B、乙C、丙D、丁 7、工厂为了搬运一个笨重的机嚣进车间,某工人设计了如图所示的四种方案(机器下方的小圆表示并排放置的圆形钢管的截面),其中最省力的方案是( ) A B C D 8、小李的质量为50kg,可以举起80kg的杠铃;小胖的质量为70kg,可以举起60kg的杠铃。 他们两人通过如图所示的装置来比赛,双方竭尽全力,看谁能把对方拉起来,比赛结果应是(不计摩擦) ( ) A、小李把小胖拉起B、小胖把小李拉起 C、两个人都拉不起D、两个人都拉起 第8题图 第9题图 第10题图 9、 (1)瘦子固定不动,胖子用力FA拉绳使货物G匀速上升。 (2)胖子固定不动,瘦子用力FB拉绳使货物G匀速上升。 下列说法中正确的是(不计滑轮重及摩擦)( ) A、FA<GB、FB 10、如图所示,在竖直向上大小为10N的力F的作用下,重物A沿坚直方向匀速上升。 已知重物A上升的速度为0.2m/s,不计滑轮重、绳重及绳与滑轮间的摩擦,则物体受到的重力大小和滑轮上升的速度分别为 ( ) A、20N 0.4m/sB、20N 0.1m/s C、5N 0.1m/sD、5N 0.4m/s 11、在高高的旗杆的顶部有一个 滑轮。 起重机下端安装有 滑轮。 (均选填“定”或“动”) 12、观察人们利用简单机械的情景图。 其中,甲的目的是 ,乙的目的是 。 13、工人只用一只动滑轮将重400N的木箱匀速向上提升,不计摩擦和滑轮重。 在此过程中,工人所用的拉力大小为 N,木箱的重力势能 (选填“增大”、“减小”或“不变”)。 14、如图所示的三个滑轮中,属于动滑轮的是 ,若滑轮的自重和摩擦不计,当分别沿力F1、F2和F3方向匀速提起同一物体时,则F1、F2\F3的大小关系是 。 第14题图 第15题图 15、如图所示,是某大楼内电梯的结构示意图。 钢链的一端固定在A点,然后绕过电梯厢下的滑轮,别一端连接在电动控制装置上。 若用拉力F将重为2×104N的电梯和乘客从一楼匀速提升到15m高的六楼,则拉力F的大小是多少N? ,拉力F所做的功是多少J(不计摩擦和钢链的重) 16、如图是小海同学“研究定滑轮和动滑轮特点”的实验装置。 他按图示提起钩码时注意保持测力计匀速移动,分别测得一组数据如下表所示。 钩码重G/N 钩码升高高度h/m 测力计示数F/N 测力计移动距离s/m 甲 0.98 0.2 0.98 0.2 乙 0.98 0.2 0.98 0.2 甲 0.98 0.2 0.49 0.4 请你分析: (1)比较测力计示数的大小,可知: 做用动滑轮的好处是 ; (2)比较测力计拉力的方向,可知: 使用定滑轮的好处是 ; (3)把钩码升高相同的高度,比较乙和丙实验测力计移动的距离,可知: 使用动滑轮 ; (4)进一步分析实验数据,你还发现什么规律? (说明分析或计算什么,得到什么结论。 写也一个即可) 。 第2节滑轮(第2课时) 一.导疑——情境导入,提出疑问 我们知道使用定滑轮可改变用力的方向,但不能省力;使用动滑轮可以省力,但不能改变力的方向。 可我们在实际生活中使用滑轮需要既能省力或省更多的力,又能改变力的方向,怎么办呢? 学习目标 1、通过尝试,学会缠绕滑轮组,并总结滑轮组的特点 2、能连接滑轮组,并对不同的连接方法进行分析 3、通过对实验数据的收集,培养严肃认真的操作态度及科学分析实验数据的能力。 二.引探——自主学习,探究问题 研究滑轮组的特点 1.滑轮组的定义: 2、滑轮组的特点: (1)一个定滑轮和一个动定滑组成一个滑轮组,想一想绳子有几种绕法,并在图中画出来。 (2)请分析下列各滑轮组中各力F的大小(物重为G,绳重和轮重及摩擦力不计)、物体移动的距离和拉力F移动的距离。 (3)分析下面的滑轮组,得出滑轮组的特点 组装口诀: 单从动,双从定,从里向外绕,绳端画箭头。 结论: 用滑轮组起吊起重物时,滑轮组用几段绳子吊着物体,提起物体的力就是物重的。 拉力移动的距离就是物体移动距离的。 三.释疑——主动展示,阐释疑点 例1、如图,绳及滑轮重不计,绳与滑轮的摩擦不计.若已知用F=30N的拉力使物体沿水平地面以0.5m/s的速度匀速前进,那么,物体受到的摩擦力是多少? 10秒内绳的自由端移动的距离是多少? 例2、如图所示,动滑轮重为50牛顿,绳重和摩擦不计,人对绳子的拉力是260牛顿,人拉动绳子的速度是0.6m/s,则 (1)物重是多少? (2)使物体升高6m所用时间是多少? 例3、电气化铁路的高压输电线,无论在严冬还是盛夏都要绷直,才能使高压线与列车的电极接触良好,这就必须对高压线施加恒定的拉力。 为此,工程师设计了如图甲所示的恒拉力系统,其简化原理图如图乙所示。 实际测量得到每个水泥块的体积为1.5×10-2m3,,共悬挂20个水泥块。 已知水泥块的密度为2.6×103kg/m3,g取10N/kg。 (1)请指也图乙中的动滑轮和定滑轮 (4)滑轮组对高压线的拉力是多大? 四、启思——归纳总结,提炼方法 1、对理想的定滑轮(不计轮轴间摩擦)拉力F=G 绳子自由端移动距离(或速度)=重物移动的距离(或速度) 即: SF=SG;vF=vG 2、理想动滑轮(不计轮轴间摩擦和动滑轮重力)则: F=1/2G 半理想动滑轮(只忽略轮轴间的摩擦)则: F=1/2(G+G动) 绳子自由端移动距离(或速度)=2倍的重物移动的距离(或速度)即: SF=2SG;vF=2vG 3、理想滑轮组(不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力)拉力F=1/nG 半理想滑轮组(只忽略滑轮与绳的摩擦),拉力F=F=1/n(G+G动) 绳子自由端移动距离(或速度)=n倍的重物移动的距离(或速度) 即: SF=nSGvF=nvG 4、当定滑轮、动滑轮、滑轮组水平使用时(不考虑滑轮摩擦、滑轮重、绳重),因为动力要克服的是物体所受阻力f,故上面公式中的物重G应改为阻力f。 (距离关系和速度关系不变) 5、滑轮组的连接方法: 1子的起点只可能在定滑轮下方的挂钩或动滑轮上方的挂钩; ②起点连接完毕后,本着从上而下、从下而上的原则,按照固定的方向依次绕过每个滑轮; 2个滑轮只能使用1次。 (滑轮组能省多少力实际上是由与动滑轮相连的绳子的段数决定的) 五、精练——当堂训练,提升能力 1、如图所示是人们利用滑轮组工作的情景。 使用该机械的好处是: 既能,又能 。 2、如图所示三种不同的滑轮组,用它们提起重为G的相同重物,所用的拉力分别为F1=,F2= ,F3= 。 (不计滑轮本身的重和摩擦) 第1题图 第2题图 第3题图 3、如图所示,用下列装置提升同一重物,若不计滑轮自重及摩擦,则最省力的是( ) 4、如图所示,用滑轮组提升重物。 用笔画线代替绳子在图中画出最省力的绕法。 5、柳州市部分县修建有盘山公路。 盘山公路实质上是 (填一种简单机械的名称),利用它可以 ,便于汽车爬坡。 弹簧测力计是利用弹簧受到的拉力越 ,弹簧的伸长就越长的道理制成的。 6、如图所示各器材中,不属于轮轴的是( ) A
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