【学习要求】

1.知道简单机械.通过实验，探究并了解杠杆的平衡条件.

2.知道定滑轮、动滑轮和滑轮组的作用；会组装简单的滑轮组.

3.通过实验，会使用简单机械改变力的大小和方向.

4.了解人类使用机械的历程；了解机械的使用对社会发展的作用.

【知识网络】

【知识要点】

1.杠杆

一根在力的作用下绕某一固定点转动的硬棒叫做杠杆.这个固定的点叫做支点，从支点到动力作用线的垂直距离叫做动力臂，从支点到阻力作用线的垂直距离叫做阻力臂.

支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂叫做杠杆的五要素.作杠杆的示意图时，五个要素都应标示清楚，有关线段的长度要符合题设条件.

2.杠杆的平衡

（1）杠杆的平衡.杠杆处于静止状态或做缓慢的匀速转动都叫做杠杆平衡.

（

2）杠杆的平衡条件.动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂，即

F1l1=F2l2.

3.杠杆的应用

（1）杠杆的分类

（2）杠杆的应用：为了省力应选用l1＞l2的杠杆，但动力作用点要多移动距离；为了省距离应选用l1＜l2的杠杆，但要费力；既省力又省距离的杠杆是没有的；天平是等臂杠杆，它既不省力，也不费力.

4.滑轮和滑轮组

周边有槽、能绕轴心转动的圆轮叫做滑轮.使用滑轮时，根据轴的位置是否移动，又分成定滑轮和动滑轮两种.

定滑轮的实质是等臂杠杆，动滑轮的实质是动力臂两倍于阻力臂的杠杆.分析滑轮和滑轮组的有关问题都可直接运用它们的特点来处理解决.例如，滑轮组的省力情况，可以在滑轮组的动滑轮部分的上方画一条横线，看横线下面与动滑轮部分相连的绳子有几段，那么提起物体的力就是物重的几分之一（滑轮自重和摩擦不计）.又如，把重物提升某一高度，绳子自由端拉过的距离一定等于承重绳子的段数和重物上升高度的乘积.

杠杆和滑轮尽管在外形上各异，但是它们的本质都是属于杠杆类型的简单机械，可以利用杠杆原理分析它的作用，也可以用合力和平衡力来进行分析.因此，学习过程中应该紧紧地抓住这根主线，如能做到这一点，一般问题都能迎刃而解.

5.机械和社会发展

各种各样的机械都集中了人类的智慧.发明和使用机械，始终是伴随人类社会发展的重要活动.

图　6-1

【典型例题】

例1　在图6-1中，画出作用在“开瓶起子”上动力F1的力臂和阻力F2的示意图.

点拨　力臂是杠杆中的一个要素，通过作图，可以加深对力臂概念的理解，根据动力臂和阻力臂的大小关系可以判断杠杆的类型，对杠杆有一个更清楚的认识.画图时，力臂和力要大致反映出它们的大小.

例2　小星学习了杠杆后，他把了解到的杠杆进行了分类，如图6-2所示，其中作用特点相同的一组是（　　）.

图　6-2

例3　现在城市里不少居民家里喜欢在窗外安装活动布凉棚，需要时放下来，夏天可以遮挡阳光，冬天或雨天起大风的时候收起来，增加日照及避免损坏.小明同学认为这与物理方面的知识有不少关联，请你分析一下.（至少讲出三个方面）

点拨　题中提到的活动布凉棚，城市里的学生经常能见到，要注意观察和思考.为什么要收或放，这和学过的哪方面的物理知识相关？收和放时是如何用力的，这又和学过的哪方面的物理知识有关呢？凉棚新、旧情况，收或放所用的力的大小是否一样呢？为什么？本题将生活和物理紧密相连，构建物理情境，有助于激发学生的学习兴趣.

图　6-3

图　6-4

例4　工厂为了搬运一个笨重的机器进车间，某工人设计了如图6-3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（　　）.

点拨　联系相关的物理知识点，对不同的方案进行比较，合理地使用机械以求达到最佳效果.

例5　小明同学利用定滑轮设计了一种拉动窗帘的简易装置（图6-4），设计时他采用一根闭合的拉线绕在滑轮上，在右侧拉动这根拉线，就可以实现窗帘的打开与闭合.请你在图6-4上画出这根拉线的绕法以及窗帘细线与拉线的连接.

点拨　日常生活中很多地方要用到简单机械，我们不能只有理论上的认识，更要有实践中的应用，如何将所学的知识灵活地应用到实际中是重要而又有意义的.本题正是对这一能力的考查.

【例题解析】

例1：如图6-5所示.

图　6-5

图　6-6

例2：比较各杠杆的动力臂和阻力臂的大小关系，可确定羊角锤和核桃夹的动力臂都比阻力臂长，同属于省力杠杆一类，其余选项均同时存在省力杠杆和费力杠杆，故答案应选D.

例3：（1）夏天放，冬天收.这和光的直线传播（或光照的强度）有关.　（2）拉的绳子要通过一个定滑轮来改变用力方向.　（3）凉棚骨架在收放时相当于一个杠杆.　（4）新凉棚拉动时摩擦力小；滑轮是铁制成的，天长日久会发生氧化作用而生锈，表面和轴变得粗糙，摩擦力会增大.

例4：由于滚动摩擦可以减小阻力，动滑轮可以省力，本题答案应选C.

例5：根据设计要求，可按图6-6所示方法进行连接.

自我评估

一、填空题

1.杠杆的平衡条件是：_________________________________________，其表达式可以写成_________________________.

2.如果使用杠杆是为了省力，那么________臂应大于________臂.老虎钳制成钳口短、手柄长是为了________.

3.如图6-7所示，小敏正在做俯卧撑，把她的身体看作一个杠杆，O为支点，A为重心，她的体重为550N.地面对两只手的支持力F的力臂是________m，大小为________N.

图　6-7

图　6-8

4.某同学分别用如图6-8（a）、（b）所示的两种方法挑着同一个物体行走，图（a）中肩受到的压力____________图（b）中受到的压力；图（a）中手施加的动力____________图（b）中手施加的动力；图（a）中双脚对地面的压力________图（b）中双脚对地面的压力.（均选填“大于”“等于”或“小于”）

5.如图6-9所示，物重为250N，每个滑轮重为50N，不计绳重与摩擦.当物体被匀速提起时，加在绳子自由端的拉力F为________N；当物体上升2m，则绳子自由端在竖直方向移动了________m.

6.升国旗用的旗杆顶上安装滑轮是为了达到________的目的，而塔吊中使用滑轮组（图6-10）主要是为了____________.

图　6-9

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图　6-10

7.如图6-11所示，杠杆AOB用细线悬挂起来，分别在A、B两端挂上质量为m1、m2的重物时，杠杆平衡.此时AO恰好处于水平位置，AO=BO，不计杠杆重力，则m1_____________（选填“＞”“＜”或“=”）m2.

图　6-11

图　6-12

8.如图6-12所示，在一水平地面上，木箱重300N，用F=50N的力拉动木箱做匀速直线运动（不计滑轮重量及绳与滑轮间的摩擦），木箱受到的摩擦力为________________N，方向为________________.

图　6-13

二、选择题

9.如图6-13所示是一种切甘蔗用的铡刀示意图.下列有关说法正确的是（　　）.

A.刀刃很薄可以增大压力

B.铡刀实质上是一种费力杠杆

C.甘蔗放在a处比b处更易被切断

D.手沿F1方向用力比沿F2方向更省力

图　6-14

10.如图6-14所示，爸爸和亮亮一起在儿童乐园玩跷跷板，当亮亮移动到某一位置时，竟将爸爸跷起，则下列说法中正确的是（　　）.

A.亮亮和爸爸对跷跷板的作用力相等

B.亮亮对跷跷板施加的作用力大些

C.亮亮到跷跷板支点的距离短

D.亮亮对跷跷板作用力与力臂的乘积大一些

11.某人用100N的力提起了350N的重物，那么他可能使用了（　　）.

A.一个定滑轮　　B.一个动滑轮

C.一支杠杆　　D.一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组

图　6-15

12.如图6-15所示，小明用一轻质杠杆自制简易密度秤的过程中，在A端的空桶内分别注入密度已知的不同液体，改变物体M悬挂点B的位置，当杠杆在水平位置平衡时，在M悬挂点处标出相应液体的密度值.下列关于密度秤制作的说法中，错误的是（　　）.

A.每次倒入空桶的液体体积相同　　B.秤的刻度值向右越来越大

C.悬点O适当右移，秤的量程会增大　　D.增大M的质量，秤的量程会增大

三、作图与实验题

13.如图6-16（a）所示，小华用笤帚扫地，O为支点，作用在A点的动力为F1.在图6-16（b）中画出作用在B点的阻力F2的示意图及其力臂l2.

图　6-16

图　6-17

14.列车上，一乘务员需要把如图6-17所示的手推车前轮推上一个小台阶，请画出他施加在把手E处的最小力F的示意图和其力臂l.

15.如图6-18所示，轻质杠杆可绕O点转动，杠杆上吊一重物G，在动力F作用下，杠杆静止在水平位置.图中的l为动力F的力臂，请作出动力F的示意图（温馨提示：注意标明动力F的方向和作用点）.

图　6-18

图　6-19

16.如图6-19所示，人站在岸上，借助一个树桩、一个滑轮和一些绳子，要把船拉上河滩且能省力，在图中画出滑轮应安装的位置及绳子绕法的示意图.

17.在“探究杠杆平衡条件”的实验中：

（1）让杠杆在水平位置平衡的目的是：______________.

（2）利用弹簧测力计拉杠杆的C点，当弹簧测力计由位置1转至位置2的过程中，杠杆在水平位置始终保持平衡，如图6-20（a）所示，弹簧测力计的示数如何变化：_________________.

（3）在探究过程中，我们需要测量和记录动力、动力臂、阻力，阻力臂四个物理量，在进行多次实验的过程中，我们________________（选填“可以”或“不可以”）同时改变多个量，进行探究测量.

图　6-20

（4）小明小组的同学们通过思考、认真实验，实验方案如图（b）所示，测量并记录了一些测量数据如上表所示.他们发现，每次实验都是F1l1＜F2l2，这种情况显然不是误差造成的.经过分析，排除了l1、F2、l2发生测量错误的可能性.那么，为什么每次测出来的动力都偏小呢？　______________.请你帮他们想个合适的方法解决这个问题：____________________.

18.小军同学为了探究“使用动滑轮的省力情况”，使用了如图6-21所示的实验装置.实验前，小军用弹簧测力计测得动滑轮的重力为1.0N，每个钩码的重力为0.5N.实验过程中，小军多次改变动滑轮所挂钩码的数量，分别记下每次所挂钩码的重力及对应的弹簧测力计的示数，并将其填写在预先设计好的记录表中.

图　6-21

分析实验数据可以得出，在忽略摩擦、绳重及实验误差的条件下，弹簧测力计的示数F与钩码的重力G以及动滑轮的重力G0的关系式为________________；在动滑轮的重力大于或等于物体的重力的条件下，使用动滑轮________（选填“省力”或“不省力”）.

图　6-22

四、应用题

19.如图6-22所示，挂在竖直墙壁上的石英钟，它的秒针在走动时会受到转轴处的摩擦阻力和重力的作用.当石英钟内电池的电能耗尽而针停止走动时，其秒针往往停在表盘上的（　　）.

A.“3”的位置　　B.“6”的位置

C.“9”的位置　　D.“12”的位置

20.如图6-23所示，我们通常是通过弯腰［图（a）］或人下蹲弯曲膝盖［图（b）］将重物从地面上搬起来，哪种方法好呢？下面就建立模型说明这个问题.把脊柱简化为杠杆如图（c）所示，脊柱可绕骶骨（轴）O转动，腰背部复杂肌肉的等效拉力F1作用在A点，其实际作用力方向与脊柱夹角为12°且保持不变，搬箱子的力F2作用在肩关节B点，在B点挂一重物代替箱子.用弹簧测力计沿F1方向拉，使模型静止，可测出腰背部复杂肌肉拉力的大小.接着，改变脊柱与水平面的夹角即可改变杠杆与水平面的夹角α，多次实验得出结论.

（1）在图（c）中画出F2的力臂l2.

（2）当α增大时，l2_________________，F1_________________.（均选填“变大”“不变”或“变小”）

（3）如果考虑人上半身的重力，那么腰背部肌肉的实际拉力将比图（c）所示的F1要__________（选填“大”或“小”）.

（4）对比图（a）和图（b）所示的两种姿势所对应图（c）所示的两种状态，分析可得，图__________［选填“（a）”或“（b）”］所示的姿势比较正确.

图　6-23