101科學(xué)探究杠桿的平衡條件（原卷版）2

滬科版八年級(jí)第十章《機(jī)械與人》10.1科學(xué)探究：杠桿的平衡條件【知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)1杠桿1.杠桿：在力的作用下能繞著固定點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒，這根硬棒就叫杠桿。杠桿形成的條件：（1）要有力的作用。（2）能繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。（3）“硬棒”泛指有一定長(zhǎng)度的，在外力作用下不變形的物體。杠桿可以是直的，也可以是任何形狀的。2.杠桿的五要素：（1）支點(diǎn)：杠桿繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的固定點(diǎn)，用字母“O”表示。它可能在棒的某一端，也可能在棒的中間，在杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，支點(diǎn)是相對(duì)固定；（2）動(dòng)力：使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫動(dòng)力，用“F1”表示；（3）阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫阻力，用“F2”表示；（4）動(dòng)力臂：從支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的垂直距離，用“l(fā)1”表示；（5）阻力臂：從支點(diǎn)到阻力作用線的垂直距離，用“l(fā)2”表示。知識(shí)點(diǎn)2杠桿平衡條件1.杠桿的平衡：當(dāng)杠桿在動(dòng)力和阻力的作用下靜止時(shí)，我們就說(shuō)杠桿平衡了。2.杠桿的平衡條件實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟：（1）首先調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿在水平位置平衡。用細(xì)線在左右兩端懸掛數(shù)量不同的鉤碼，左為動(dòng)力，右為阻力。固定動(dòng)力臂和動(dòng)力不變，選取適當(dāng)?shù)淖枇Γㄣ^碼個(gè)數(shù)），移動(dòng)阻力位置，直至杠桿平衡。如圖所示，當(dāng)杠桿在水平位置平衡時(shí)，這樣就可以由杠桿上的刻度直接讀出力臂實(shí)物大小了，分別記錄動(dòng)力、動(dòng)力臂和阻力、阻力臂，并計(jì)入表格。（2）調(diào)節(jié)鉤碼個(gè)數(shù)并改變鉤碼在杠桿上的位置，重復(fù)上述步驟兩次（要求每次必須改變動(dòng)力和動(dòng)力臂），并計(jì)入表格。實(shí)驗(yàn)表格：次數(shù)動(dòng)力F1/N動(dòng)力臂l1/cm動(dòng)力×動(dòng)力臂/N×cm阻力F2/N阻力臂l2/cm阻力×阻力臂/N×cm123實(shí)驗(yàn)結(jié)論：杠桿的平衡條件：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂，或F1l1=F2l2?！局攸c(diǎn)點(diǎn)撥】（1）實(shí)驗(yàn)前，調(diào)節(jié)杠桿使其在水平位置平衡時(shí)，杠桿左端低，平衡螺母往右調(diào)，杠桿右端低，平衡螺母往左調(diào),簡(jiǎn)記為“左低右調(diào)，右低左調(diào)”。（2）實(shí)驗(yàn)中使杠桿在水平位置平衡是為了方便測(cè)力臂，使杠桿在傾斜位置平衡也可得出杠桿的平衡條件，只是在測(cè)量時(shí)力臂不在杠桿上，實(shí)驗(yàn)操作比較麻煩。（3）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不允許再旋動(dòng)兩端的螺母。（4）杠桿的支點(diǎn)在中間位置的目的是為了消除杠桿自重對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。知識(shí)點(diǎn)3杠桿的應(yīng)用1.省力杠桿：動(dòng)力臂l1＞阻力臂l2，則平衡時(shí)F1＜F2，這種杠桿使用時(shí)可省力（即用較小的動(dòng)力就可以克服較大的阻力），但卻費(fèi)了距離（即動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離大于阻力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離，并且比不使用杠桿，力直接作用在物體上移動(dòng)的距離大）。2.費(fèi)力杠桿：動(dòng)力臂l1＜阻力臂l2，則平衡時(shí)F1＞F2，這種杠桿叫做費(fèi)力杠桿。使用費(fèi)力杠桿時(shí)雖然費(fèi)了力（動(dòng)力大于阻力），但卻省距離（可使動(dòng)力作用點(diǎn)比阻力作用點(diǎn)少移動(dòng)距離）。3.等臂杠桿：動(dòng)力臂l1=阻力臂l2，則平衡時(shí)F1=F2，這種杠桿叫做等臂杠桿。使用這種杠桿既不省力，也不費(fèi)力，即不省距離也不費(fèi)距離。既省力又省距離的杠桿時(shí)不存在的?！疽族e(cuò)點(diǎn)】（1）關(guān)于動(dòng)力、阻力的理解：無(wú)論動(dòng)力還是阻力，都是作用在杠桿上的力，但這兩個(gè)力的作用效果正好相反。一般情況下，把人施加給杠桿的力或使杠桿按照人的意愿轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫做動(dòng)力，而把阻礙杠桿按照需要方向轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫阻力。動(dòng)力和阻力使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的方向一定是相反的，當(dāng)動(dòng)力和阻力的方向不一定相反。當(dāng)支點(diǎn)在中間時(shí)，動(dòng)力和阻力的方向大致相同；當(dāng)支點(diǎn)在一側(cè)時(shí)，動(dòng)力和阻力的方向大致相反。（2）力臂是點(diǎn)到線的距離，而不是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離。力的作用線通過(guò)支點(diǎn)的，其力臂為零，對(duì)杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)不起作用。（3）不論動(dòng)力和阻力，杠桿都是受力物體，作用于杠桿的物體都是施力物體。（4）支點(diǎn)是相對(duì)于杠桿不動(dòng)的點(diǎn)，但支點(diǎn)一定在杠桿上，支點(diǎn)不一定與動(dòng)力作用點(diǎn)和阻力作用點(diǎn)在同一直線上，也不一定在動(dòng)力作用點(diǎn)和阻力作用點(diǎn)之間。若讓力的作用線恰好過(guò)支點(diǎn)，則力臂是零，這個(gè)力不能使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)?！疽?guī)律總結(jié)】1.杠桿示意圖的畫法：（1）根據(jù)題意先確定支點(diǎn)O；（2）確定動(dòng)力和阻力并用虛線將其作用線延長(zhǎng)；（3）從支點(diǎn)向力的作用線畫垂線，并用l1和l2分別表示動(dòng)力臂和阻力臂；以下圖為例：第一步：先確定支點(diǎn)，即杠桿繞著某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，用字母“O”表示。第二步：確定動(dòng)力和阻力。人的愿望是將石頭翹起，則人應(yīng)向下用力，畫出此力即為動(dòng)力用“F1”表示。這個(gè)力F1作用效果是使杠桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。而阻力的作用效果恰好與動(dòng)力作用效果相反，在阻力的作用下杠桿應(yīng)朝著順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，則阻力是石頭施加給杠桿的，方向向下,用“F2”表示如圖乙所示。第三步：畫出動(dòng)力臂和阻力臂，將力的作用線正向或反向延長(zhǎng)，由支點(diǎn)向力的作用線作垂線，并標(biāo)明相應(yīng)的“l(fā)1”“l(fā)2”，“l(fā)1”“l(fā)2”分別表示動(dòng)力臂和阻力臂，如圖丙所示。甲乙丙【易錯(cuò)點(diǎn)撥】（1）有的力臂在杠桿上，有的不在杠桿上，不要誤認(rèn)為杠桿就是力臂。（2）作用在杠桿上的兩個(gè)力可以在支點(diǎn)的同側(cè)，也可以在支點(diǎn)的異側(cè)。（3）表示力的線段的長(zhǎng)短不是任意的，它要與力的大小成正比，同一個(gè)圖里面表示力的大小的線段長(zhǎng)短的比要與力的大小的比相等。甲乙丙2.杠桿最小力的畫法解決杠桿平衡時(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)力臂最大，要使動(dòng)力臂最大需要做到：①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?！镜淅治觥浚?022·江蘇常州·統(tǒng)考中考真題）為了拔除外來(lái)入侵物種“一枝黃花”，農(nóng)業(yè)專家自制輕質(zhì)拔草器，如圖所示，將拔草器左下端的叉子插入植株根部，用手對(duì)拔草器施力，可將植株連根拔起。若拔同一植株，手施力最小的是（）A． B．C． D．【思路小結(jié)】解決杠桿平衡時(shí)，要明確杠桿平衡條件中，哪些量發(fā)生了變化，哪些量是保持不變的。一般情況下，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)力臂最大?！緤Z冠訓(xùn)練】一、單選題（2022·山東煙臺(tái)·統(tǒng)考中考真題）如圖所示的杠桿在使用過(guò)程中，屬于費(fèi)力杠桿的是（）A．用羊角錘起釘子 B．用鉗子夾導(dǎo)線C．用起子起瓶蓋 D．用鑷子夾取砝碼2．（2022·江蘇淮安·統(tǒng)考中考真題）如圖所示，用力打開(kāi)夾子過(guò)程中，標(biāo)注的夾子支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力正確的是（）A． B．C． D．3．（2022·江蘇鹽城·統(tǒng)考中考真題）如圖是小華做“探究杠桿平衡條件”實(shí)驗(yàn)時(shí)的情形，下列操作能使杠桿在水平位置平衡的是（）A．增加鉤碼的個(gè)數(shù) B．向左調(diào)節(jié)平衡螺母C．向右移動(dòng)鉤碼的位置 D．減小彈簧測(cè)力計(jì)的拉力4．（2022·湖南邵陽(yáng)·統(tǒng)考中考真題）某天，“生物”和“物理”兩位大師在一起進(jìn)行體育鍛煉?！吧铩贝髱熒斐鼋〈T的手臂對(duì)“物理”大師說(shuō)：“看，我能提起很重的物體哦（如圖）！"“物理”大師豎起大拇指說(shuō)：“真厲害！其實(shí)，你的前臂就是物理學(xué)中的一根杠桿?！币韵聦?duì)于這根杠桿在提起重物的過(guò)程中，分析合理的是（）A．前臂杠桿的支點(diǎn)O在肘關(guān)節(jié)處 B．肱二頭肌給橈骨的力F1是阻力C．重物給前臂的力F2是動(dòng)力 D．前臂是一根省力杠桿5．（2023秋·江蘇揚(yáng)州·九年級(jí)?？计谀┯嘘P(guān)蠟燭蹺蹺板的小制作，下列說(shuō)法正確的是（）A．選用越粗的蠟燭效果越好B．轉(zhuǎn)軸位置離蠟燭重心越遠(yuǎn)越好C．為防止蠟燭擺動(dòng)過(guò)大而翻轉(zhuǎn)，可使轉(zhuǎn)軸位置處于蠟燭重心上方D．為防止蠟燭擺動(dòng)過(guò)大而翻轉(zhuǎn)，可將蠟燭兩端的下側(cè)面削去一些6．（2023秋·廣東廣州·九年級(jí)廣州市第七中學(xué)?？计谀┤鐖D所示，可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的輕質(zhì)杠桿，在D點(diǎn)掛一個(gè)重為G的物體M，用一把彈簧測(cè)力計(jì)依次在A，B，C三點(diǎn)沿圓O相切的方向用力拉，都使杠桿在水平位置平衡，讀出三次的示數(shù)分別為F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，它們的大小關(guān)系是（）A．F1＜F2＜F3＜G B．F1＞F2＞F3＞GC．F1=F2=F3=G D．F1＞F2=F3=G7．（2023秋·廣東廣州·九年級(jí)廣州市第七中學(xué)?？计谀┬∶髟诎磯菏接啎鴻C(jī)的N點(diǎn)施加壓力，將訂書針釘入M點(diǎn)下方的紙張中，能正確表示他使用該訂書機(jī)時(shí)的杠桿示意圖是（）A． B．C． D．8．（2022秋·江蘇南京·九年級(jí)統(tǒng)考期末）如圖是我國(guó)空間站的機(jī)械臂，它類似于人的手臂，可以省距離，下列工具使用時(shí)與機(jī)械臂屬同類型杠桿的是（）A．用鑷子夾砝碼 B．用羊角錘起釘子C．用鉗子夾導(dǎo)線 D．用瓶蓋起子起瓶蓋9．（2022春·廣東深圳·八年級(jí)統(tǒng)考期末）如圖所示，在輕質(zhì)杠桿的中點(diǎn)處吊一重物G，左端能繞固定點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)，右端施加一個(gè)始終豎直向上的動(dòng)力F，使杠桿緩慢地從OA轉(zhuǎn)至OB，則在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中（）A．F與它的力臂乘積不變B．F的力臂不變，F(xiàn)的大小變大C．F的力臂變大，F(xiàn)的大小變大D．F的力臂變大，F(xiàn)的大小不變二、填空題10．（2022春·廣東江門·八年級(jí)統(tǒng)考期末）如圖，是三種類型剪刀的示意圖，如果為理發(fā)師選擇一把理發(fā)用的剪刀，你會(huì)選擇___________剪刀。如果為鐵匠師傅選擇一把剪鐵皮的剪刀，你會(huì)選擇___________剪刀，用這把剪刀剪鐵皮是因?yàn)樗苁__________。11．（2022·黑龍江哈爾濱·統(tǒng)考中考真題）在探究“杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中，杠桿在___________位置平衡最便于測(cè)力臂。如圖所示，杠桿已經(jīng)平衡，如果在右側(cè)鉤碼下增加一個(gè)鉤碼，杠桿將失去平衡，由此可以猜想：杠桿平衡可能與力的___________有關(guān)。12．（2022春·吉林·八年級(jí)統(tǒng)考期末）《天工開(kāi)物》里記載了一種搗谷用的舂（chōng），如圖，O為支點(diǎn)，F(xiàn)2為阻力（由錘頭重力產(chǎn)生），阻力方向是___________的，此時(shí)舂屬于___________杠桿。13．（2022·山東棗莊·統(tǒng)考中考真題）如圖所示是生活中常見(jiàn)的桿秤。稱量時(shí)桿秤在水平位置平衡，被測(cè)物體和秤砣到提紐的距離分別為0.05m、0.2m，秤砣的質(zhì)量為0.1kg，秤桿的質(zhì)量忽略不計(jì)，則被測(cè)物體的質(zhì)量為_(kāi)_____kg。若秤砣有缺損，則桿秤所測(cè)物體的質(zhì)量會(huì)______（選“偏大”或“偏小”）。14．（2022·湖南衡陽(yáng)·統(tǒng)考中考真題）晚飯后，媽媽帶著小濤和他兩歲的妹妹到文化活動(dòng)中心玩蹺蹺板，如圖所示，圖中的轉(zhuǎn)軸相當(dāng)于杠桿的___________，妹妹的總重力比小濤的重力大，蹺蹺板水平平衡時(shí)，小濤比媽媽離轉(zhuǎn)軸___________（選填“遠(yuǎn)”或“近”）；若媽媽放下懷抱中的妹妹（媽媽的位置不變），為了保持蹺蹺板水平平衡，小濤應(yīng)適當(dāng)___________轉(zhuǎn)軸（選填“遠(yuǎn)離”或“靠近”）。15．（2022春·陜西西安·八年級(jí)統(tǒng)考期末）搬運(yùn)磚頭的獨(dú)輪車，車箱和磚頭所受總重力G=1000N，獨(dú)輪車的有關(guān)尺寸如圖所示，獨(dú)輪車相當(dāng)于一個(gè)______杠桿，推車時(shí)，人手向上的力F為_(kāi)_____N，手向上抬起獨(dú)輪車時(shí)，手離車箱的距離越遠(yuǎn)，越______（選填“省力”或“費(fèi)力”）。16．（2022春·陜西咸陽(yáng)·八年級(jí)統(tǒng)考期末）“孤舟蓑笠翁，獨(dú)釣寒江雪”是唐代著名詩(shī)人柳宗元的詩(shī)句，詩(shī)中的釣魚竿是___________杠桿。圖甲是一個(gè)汽車引擎蓋，被抬起的過(guò)程可近似看成一個(gè)能繞B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的均勻直杠桿AB（如圖乙）；若引擎蓋重G=200N，其重心在中點(diǎn)C處，不計(jì)摩擦，剛剛抬起時(shí)，作用在A點(diǎn)豎直向上的力F=___________N。三、作圖題17．（2022·內(nèi)蒙古通遼·統(tǒng)考中考真題）如圖利用羊角錘撬釘子，在錘柄上畫出所施加的最小動(dòng)力F和其力臂l。四、實(shí)驗(yàn)題18．（2022·遼寧丹東·統(tǒng)考中考真題）“探究杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)。（1）如圖甲所示，杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)。為方便測(cè)量___________，應(yīng)向___________（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)螺母，使杠桿在水平位置平衡；（2）給杠桿兩側(cè)掛上不同數(shù)量的鉤碼，移動(dòng)鉤碼的位置，使杠桿重新在水平位置平衡。設(shè)右側(cè)鉤碼對(duì)杠桿施的力為動(dòng)力，左側(cè)鉤碼對(duì)杠桿施的力為阻力；測(cè)出杠桿平衡時(shí)的動(dòng)力臂和阻力臂；把、、、的數(shù)據(jù)填入表格中。改變動(dòng)力和動(dòng)力臂的大小，相應(yīng)調(diào)節(jié)阻力和阻力臂，再做幾次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示；次數(shù)動(dòng)力動(dòng)力臂阻力阻力臂分析表中的數(shù)據(jù)得到杠桿的平衡條件：___________用、、、表示；（3）如圖乙所示，在___________（選填“A”、“B”或“C”）點(diǎn)豎直___________（選填“向上”或“向下”）拉時(shí)，可使杠桿保持水平位置平衡，此時(shí)杠桿屬于省力杠桿；（4）在完成實(shí)驗(yàn)后，小輝利用杠桿平衡條件完成了老師提出的問(wèn)題。如圖丙所示，輕質(zhì)杠桿可繞點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，它的中點(diǎn)掛有的重物，在杠桿右端用豎直向上的力___________N，可使杠桿在水平位置平衡。19．（2022·四川巴中·中考真題）小明在超市買了一個(gè)哈密瓜，回到家用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量其重力時(shí)，發(fā)現(xiàn)哈密瓜的重力超出了彈簧測(cè)力計(jì)的量程，身邊又找不到其它合適的測(cè)量工具，于是他找來(lái)了一些細(xì)繩（不計(jì)重力）、一把米尺等物品按如下示意圖進(jìn)行了改進(jìn)：步驟一：將細(xì)繩系在米尺的50cm刻度線處，米尺剛好能在水平位置平衡。步驟二：將彈簧測(cè)力計(jì)在豎直方向調(diào)零（如圖甲左）。步驟三：在米尺45cm刻度線處掛上哈密瓜，用細(xì)繩把彈簧測(cè)力計(jì)的拉環(huán)系在75cm刻度線處，并豎直向下拉掛鉤，使米尺在水平位置平衡，如圖甲所示。（1）小明是利用___________（選填“二力”或“杠桿”）平衡的條件相關(guān)知識(shí)來(lái)計(jì)算哈密瓜的重力。（2）在步驟一中使米尺在水平位置平衡是為了避免___________對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。（3）當(dāng)小明在操作步驟三時(shí)，他父親指出彈簧測(cè)力計(jì)的使用存在問(wèn)題，你認(rèn)為小明這樣使用彈簧測(cè)力計(jì)會(huì)使測(cè)量結(jié)果___________（選填“