一、杠桿種類的判斷
例1.杠桿在生產(chǎn)生活中普遍使用。下列工具在使用過程中,屬于省力杠桿的是( )
解析:結(jié)合圖片和生活經(jīng)驗(yàn),先判斷杠桿在使用過程中,動(dòng)力臂和阻力臂的大小關(guān)系,再判斷它是屬于哪種類型的杠桿。天平在使用過程中,動(dòng)力臂等于阻力臂,是等臂杠桿;鐵鍬在使用過程中,動(dòng)力臂小于阻力臂,是費(fèi)力杠桿;釣魚竿在使用過程中,動(dòng)力臂小于阻力臂,是費(fèi)力杠桿;鍘刀在使用過程中,動(dòng)力臂大于阻力臂,是省力杠桿;故選D。
例2.如圖是生活中常見的杠桿,其中屬于生省力杠桿的是( ),其中屬于費(fèi)力杠桿的是( )
解析:首先判斷杠桿動(dòng)力臂和阻力臂的大小關(guān)系,再判斷它是屬于哪種類型的杠桿。釣魚竿在使用過程中,動(dòng)力臂小于阻力臂,是費(fèi)力杠桿;道釘撬在使用過程中,動(dòng)力臂大于阻力臂,是省力杠桿;筷子在使用過程中,動(dòng)力臂小于阻力臂,是費(fèi)力杠桿;鋼絲鉗在使用過程中,動(dòng)力臂大于阻力臂,是省力杠桿。所以屬于省力杠桿的是:BD,屬于費(fèi)力杠桿的是:AC。故答案為:BD,AC。
二、杠桿力臂的畫法
例3.如圖1所示,用螺絲刀撬圖釘,O為支點(diǎn),請畫出動(dòng)力Fl的力臂L1。(保留作圖痕跡)
解析:力臂的畫法:①首先根據(jù)杠桿的示意圖,確定杠桿的支點(diǎn)。②確定力的作用點(diǎn)和力的方向,畫出力的作用線。③從支點(diǎn)向力的作用線作垂線,支點(diǎn)到垂足的距離就是力臂。如圖2所示,過支點(diǎn)O作出動(dòng)力F1的垂線,即為動(dòng)力臂L1。
例4.如圖3所示,工人用撬棍撬起石塊,O為支點(diǎn)。
(1)畫出阻力F2的力臂L2。
(2)畫出工人在A點(diǎn)施加的最小動(dòng)力F1的示意圖。
解析:(1)圖中石頭所受的重力為阻力,O點(diǎn)為支點(diǎn),過支點(diǎn)O向阻力F2的作用線作垂線,支點(diǎn)到垂足的距離就是阻力臂;如圖4所示。
(2)根據(jù)杠桿平衡條件“動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂”可知:在阻力與阻力臂的乘積一定的情況下,要使動(dòng)力最小,則動(dòng)力臂必須最長,先確定最長的力臂——即離支點(diǎn)最遠(yuǎn)的點(diǎn),由圖知OA最長,所以O(shè)A作動(dòng)力臂最長,過A點(diǎn)與OA垂直向下作垂線就得到動(dòng)力F1的方向,如圖4所示。
三、探究杠桿的平衡條件
例5.如圖5所示,是小麗在“研究杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中,使杠桿在水平位置平衡。如果在杠桿兩邊的鉤碼下面各增加一個(gè)大小相等的鉤碼,則杠桿( )
A.仍然平衡 B.不平衡,左端下降 C.不平衡,右端下降 D.無法確定
解析:原來杠桿平衡,是因?yàn)閮蛇叺牧土Ρ鄣某朔e相等,現(xiàn)在把杠桿兩邊的鉤碼下面各增加一個(gè)大小相等的鉤碼,就要看現(xiàn)在的力和力臂的乘積是否相等,據(jù)此分析得出結(jié)論。
設(shè)杠桿每一格長度為L,一個(gè)鉤碼的重力為G。
原來:2G×6L=3G×4L,杠桿平衡,現(xiàn)在在杠桿兩邊的鉤碼下面各增加一個(gè)大小相等的鉤碼: 左邊=3G×6L,右邊=4G×4L,因?yàn)?G×6L>4G×4L,所以杠桿不再平衡,左端下降。故選B。
例6.如圖6所示是小龍?zhí)骄俊案軛U平衡條件”的實(shí)驗(yàn)裝置,用彈簧測力計(jì)在C處豎直向上拉,杠桿保持平衡。若彈簧測力計(jì)逐漸向右傾斜,仍然使杠桿保持平衡,拉力F的變化情況是( )
A.變小 B.變大 C.不變 D.無法確定
解析:在探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)中,要求使杠桿在水平位置平衡,同時(shí),彈簧測力計(jì)的拉力方向也要求在豎直方向,這是為了能在杠桿上直接讀出力臂的長度。若彈簧測力計(jì)向右傾斜時(shí),拉力不再與杠桿垂直,這樣力臂會(huì)相應(yīng)變短,根據(jù)杠桿的平衡條件,力相應(yīng)變大,才能使杠桿仍保持平衡。故選B。
四、杠桿平衡條件的應(yīng)用
例7.如圖7所示,杠桿AOB用細(xì)線懸掛起來,當(dāng)A端掛重物G1,B端掛重物G2時(shí),杠桿平衡,此時(shí)OA恰好處于水平位置,AO=BO,杠桿重力不計(jì)。則( )
A.G1<G2 B.G1>G2 C.G1=G2 D.都有可能
解析:杠桿示意圖如圖8所示,OA處于水平位置,GA對杠桿的拉力為豎直向下,所以G1對杠桿拉力的力臂LOA即為杠桿AO的長度,G2對杠桿拉力的方向也是豎直向下,但OB不是處于水平,所以GB對杠桿拉力的力臂LOB′小于OB的長度。
∵AO=BO, ∴LOA>LOB′。
根據(jù)杠桿的平衡條件:F1L1=F2L2可知,力與相應(yīng)的力臂成反比關(guān)系,所以物體的重力G1<G2。故選A。
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