杠杆在我们生活中随处可见,比如说跷跷板、使用筷子吃饭、指甲剪和钳子等等,当我们看到它的时候很容易知道并认出;在我们中学物理中,我们不仅仅要认识发现杠杆,还需要我们去研究其本身的原理用途和巧用杠杆原理去解决一些生活中的实际问题,接下来我带同学们深入了解一下杠杆原理及相关的计算技巧。
01杠杆原理
一、杠杆定义:在力的作用下,能绕某一固定点转动的硬棒叫杠杆。
在这里我们需要注意的是:
(1)这根硬棒不能因受力而发生形变;
(2)必须能绕某固定点转动;
(3)杠杆可直可曲,形状任意;
(4)有些情况下,可将杠杆实际转一下,来帮助确定支点。如:鱼竿、铁锹。
二、杠杆的五要素:
组成杠杆示意图(1)支点(O):杠杆绕着转动的固定点;
(2)动力(F1):使杠杆转动的力;
(3)阻力(F2):阻碍杠杆转动的力;
(4)动力臂(l1):支点到动力作用线的距离;
(5)阻力臂(l2):支点到阻力作用线的距离;
画力臂方法:一定点、二画线(力的作用线)、三连距离、四标签。
在画力臂时需要特别注意:
(1)动力和阻力并不一定分布在支点两边,也可在支点同一边;
(2)动力和阻力使杠杆转动的方向一定是相反的,但二者的方向不一定相反
一般情况下不可把从支点到动(阻)力作用点的距离作为动(阻)力臂。
三、杠杆的平衡条件
(一)平衡的概念:指杠杆在动力和阻力的作用下处于静止或匀速转动状态。
(二)平衡的条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂(F1×l1=F2×l2)杠杆原理(阿基米德发现)
四、生活中的杠杆
特别注意:省力省距离的机械是不存在的。
02杠杆相关计算技巧
一、由F1×l1=F2×l2(杠杆原理),确定力F1的大小变化
(1)F2,l2不变,F1随l1变化
例:如图所示,要使杠杆静止不动,作用在A点上的力分别为F1、F2、F3,其中最小的力是(B)
A.沿竖直方向的力F1最小
B.沿垂直杠杆方向的力F2最小
C.沿水平方向的力F3最小
D.无论什么方向用力一样大
总结:拉力由水平方向转到竖直方向,拉力的大小怎么变化?力臂先变大后变小,拉力先变小后变大。
(2)F2不变,F1随l1和l2变化
例1:F1始终与杆垂直,轻杆在绕O点逆时针转动过程中,F1怎么变化?
解答:G不变,所以重物对杆的拉力F2不变,F2的力臂l2变长,而F1力臂l1不变,转动过程中保持平衡,则F1变大。
例2:F1始终沿水平方向,轻杆在绕O点逆时针转动过程中,F1怎么变化?
解答:F2不变,l2变长,l1变短,由杠杆原理可知,F1变大。
例3:F1始终沿竖直向上方向,轻杆在绕O点逆时针转动过程中保持平衡,F1要怎么变化?
解答:F2不变,l2变长,l1变长,l2/l1不变,由杠杆原理可知,F1不变。
例4:某人用力抬起放在水平地面上的一匀质杠杆的B端,F始终竖直向上,如图所示,则在抬起直杆的过程中(C)
A.F逐渐变大
B.F逐渐变小
C.F保持不变
D.无法确定
总结:如果杆杆受到的动力和阻力始终平行,则杠杆转动过程中,动力和阻力大小不变。
二、求杠杆转动时,力的最小值
(1)由F1=F2×l2/l1可知,当力臂最大时,力最小。
三、杠杆支点的选择
例:均匀木棒AB长1m,水平放置在O,O’两个支点上,已知AO,O’B的长度均为0.25m,若把B端竖直向上稍微抬起一点距离,至少要用力20N;若把B端竖直向下稍微压下一点距离,则至少需要力(C)
A.20NB.40NC.60ND.80N
四、杠杆的平衡
例:如图所示,把一根均匀的米尺,在中点O支起,两端分别挂四个钩码和两个钩码,恰好使米尺平衡,按下列方式增减钩码或移动钩码,仍能保持米尺平衡的是(C)
A.两边各加一个钩码
B.两边钩码各向外移动一格
C.左边增加一个钩码,右边向外移动一格
D.左右两边的钩码各减少一个
五、作图
(1)画出动力F1的力臂和阻力F2的示意图以及阻力臂。
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