【知识拓展】杠杆动态平衡
杠杆动态平衡是指构成杠杆的某些要素发生变化,而杠杆仍处于静止状态或匀速转动状态,分析杠杆的动态平衡时,一般是动中取静,根据杠杆平衡条件,分析比较,得出结论.
杠杆的平衡分析法及其应用当杠杆静止或做快慢均匀的转动时;就说杠杆处于平衡状态,利用杠杆的平衡条件(杠杆原理):动力×动力臂=阻力×阻力臂或写作:F1×l1 =F2×l2分析法──通过对事物原因或结果的周密分析,从而证明论点的正确性、合理性的论证方法.也称为因果分析;从求证的不等式出发,"由果索因",逆向逐步找这个不等式成立需要具备的充分条件,事物都有自己的原因和结果.从结果来找原因,或从原因推导结果,就是找出事物产生、发展的来龙去脉和规律,这就起到了证明论点的合理性和正确性的作用.
例题2:
某科学兴趣小组在科学拓展课中想探究"在只有体重秤的情况下,如何测出汽车引擎盖的质量"这一问题。小组同学设计并实施了如下实验方案:让小明同学先站在一只体重计上,此时体重计显示的读数为 58Kg,接着让小明站在体重计上用双手竖直将引擎盖微微抬起,此时体重计显示的读数为 78Kg,最后画出了引擎盖的模型如图2.引擎盖可绕O 点自由转动,A 为引擎盖重心位置,并且测得OB=130cm,AB=50cm。
据此回答:
(1)引擎盖的质量为多少千克?(写出计算过程)
(2)如果一直让小明用双手竖直向上匀速抬起引擎盖,体重计显示的读数将 不变 (选填"增大"或"不变"或"减小")。
(3)小明发现抬引擎盖的手臂也能画成杠杆的模型图。请帮他画出手臂杠杆及其五要素。
【解答】解:
(1)由题意知,体重计的示数变化为:△m=78kg﹣58kg=20kg;
则老王所受引擎盖的压力:F压=△mg=20kg×10N/kg=200N;
根据力的作用的相互性可知,老王对引擎盖的动力F=F压=200N;
根据杠杆的平衡条件可得G×OA=F×OB,
则G=F×OB/OA=200N×130cm/(130cm-50cm)=325N;
则引擎盖的质量为:m=G/g=325N/10N/kg=32.5kg;
(2)如果一直让老王用双手竖直向上匀速抬起引擎盖,引擎盖的重力不变,动力臂和阻力臂的比值也不变,所以力F不变,则体重计显示的读数将不变;
(3)将抬引擎盖的手臂看成杠杆,肘部为支点,引擎盖对手的压力是阻力,肱二头肌向上收缩产生的力是动力,并由此画出两个力的力臂如图所示:
答:(1)引擎盖的质量为32.5kg;(2)不变;(3)见上图。
知识点3 生活中的杠杆
杠杆的应用
杠杆分类的知识点
(1)人类发明各种杠杆应用于生活,其目的有三:省力、省距离和改变用力的方向.
因此我们把杠杆分为三类:省力杠杆(动力臂大于阻力臂,省力费距离)、费力杠杆(动力臂小于阻力臂,费力省距离)和等臂杠杆(动力臂等于阻力臂,不省力不费力,不省距离不费距离).
(2)天平是等臂杠杆.关于天平的使用,我们已学过,天平是支点在中间的等臂杠杆,它是根据物体的重力跟质量成正比和杠杆平衡条件来工作的,天平平衡时,砝码加游码的总质量等于被称物体的质量.
(3)秤是用来称量物体的质量的工具,它是根据杠杆平衡条件制成的,使用时,可以是等臂杠杆,也可以是不等臂杠杆.(4)生活中常见的省力杠杆:羊角锤头撬钉子、手推独轮车、剪树枝的剪刀、瓶盖起子、核桃夹等.生活中常见的费力杠杆:人的前臂、钓鱼竿、裁缝用的剪刀、筷子、镊子等.
【知识拓展】
使轻质杠杆保持平衡的最小的力知识点
杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂.
根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2可知,当阻力和阻力臂一定时,动力臂越长越省力,即当动力臂最长时,所用的动力是最小的.而部分同学判断最小动力的方向时,总认为竖直方向的力最小.