12 简单机械12.1 杠杆知识点一、杠杆1、什么是杠杆？一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点转动，这根硬棒就是杠杆。
说明：①“硬棒”不一定是直棒，只要在外力作用下不变形的物体都可以看成杠杆，杠杆可以是直的也可以是任意形状的。
②一根硬棒能成为杠杆，应具备两个条件：一是要有力的作用；二是能绕固定点转动。
两个条件缺一不可。
例如：撬棒在没有使用时就不能成为杠杆。
杠杆的形状可以是直的，也可以是弯的，但必须是硬的，固定点可以在杠杆的一端，也可以在杠杆的其他位置。
2、杠杆的五要素：五要素物理含义支点杠杆可以绕其转动的点，用“O”表示动力是杠杆转动的力，用“F1”表示阻力阻碍杠杆转动的力，用“F2”表示动力臂从支点O到动力F1作用线的距离，用“l1”表示阻力臂从支点O到阻力F2作用线的距离，用“l2”表示3、八点透析杠杆的五要素①杠杆的支点一定在杠杆上，可以在杠杆的一端，也可以在杠杆的其它位置。
同一杠杆，使用方法不同，支点的位置也不可能不同。
在杠杆转动时，支点是相对固定的。
lll②动力和阻力是相对而言的，不论是动力还是阻力，杠杆都是受力物体，跟杠杆发生相互作用的物体都是施力物体。
动力和阻力的作用效果正好相反。
③动力作用点：动力在杠杆上的作用点。
④阻力作用点：阻力在杠杆上的作用点。
⑤力臂是支点到力的作用线的距离，不是支点到力的作用点的距离。
某个力作用在杠杆上，若作用点不变，力的方向改变，力臂一般要改变。
⑥力臂有时在杠杆上，有时不在杠杆上，如果力的作用线恰好通过支点，则力臂为零。
⑦力臂的表示与画法：过支点做力的作用线的垂线⑧力臂的三种表示方式：选择哪种方式，根据个人习惯而定。
4、力臂的画法：第一步：先确定支点，即杠杆绕着转动的固定点，用字母“O”表示。
第二步：确定动力和阻力。
人的目的是将石头撬起，则人应向下用力，此力即为动力，用“F1”表示。
这个力F1的作用效果是使杠杆逆时针转动，阻力的作用效果恰好与动力的作用效果相反，在阻力的作用下杠杆应沿着顺时针方向转动，则阻力的作用效果杠杆应沿着顺时针方向转动，则阻力是石头施加给杠杆的方向向下的压力，用“F2”表示。
第三步：画出动力臂和阻力臂。
将力的作用线正向或反向延长，由支点向力的作用线作垂线，从支点到垂足的距离就是力臂，并标明动力臂与阻力臂的符号“l1”“l2”。
知识点二、杠杆的平衡条件1、杠杆平衡：在力的作用下，如果杠杆处于静止状态或绕支点匀速转动时，我们就可以认为杠杆是平衡了。
2、实验探究：杠杆的平衡条件实验器材：杠杆和支架、钩码、刻度尺、线。
实验步骤：①调节杠杆两端的螺母，使杠杆在不挂钩码时，保持水平并静止，达到平衡状态。
在调节时，如果杠杆的左边下沉，则应将杠杆两端的平衡螺母向右调，如果杠杆的右边下沉，则应将杠杆两端的平衡螺母向左调，简称“左沉右调，右沉左调”。
②如图所示，在杠杆两边挂上不同数量的钩码，调节钩码的位置，使杠杆重新在水平位置平衡。
这时杠杆两边收到钩码的作用力的大小都等于钩码重力的大小。
把支点右方的钩码对杠杆施的力当成动力F1，支点左方的钩码对杠杆施的力当成阻力F2；用刻度尺测量出杠杆平衡时的动力臂l1和阻力臂l2；把F1、l1、F2、l2的数据填入实验表格中。
③改变动力F1和动力臂l1的大小，相应调节阻力F2和阻力臂l2的大小，再做两次实验，将结果填入实验表格实验序号动力F1/N动力臂l1/cm动力×动力臂/N·cm阻力F2/N 阻力臂l2/cm阻力×阻力臂/N·cm1 0.5 20 10 1.0 10 102 1.5 20 30 1.0 30 303 2.0 20 40 4.0 10 40探究归纳：只有动力×动力臂=阻力×阻力臂，杠杆才平衡注意：①试验中，调节平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡，有两个目的：一是让杠杆的重心刚好在支点，重力的力臂为0，以消除杠杆的重力对实验的影响；二是便于测量力臂（或从带有刻度的杠杆上直接读取力臂）。
②试验中应改变钩码的个数或位置进行多次试验，得出普遍规律，防止结论的偶然性。
③在实验过程中绝不能再调节平衡螺母，因为实验过程中再调节平衡螺母，会破坏原有的平衡。
3、杠杆的平衡条件表达式：动力x 动力臂=阻力x 阻力臂，即动力臂阻力臂阻力动力=；公式表示为21212211l l F F l F l F ==，即应用公式计算时，单位要统一，即动力和阻力的单位要统一，动力臂和阻力臂的单位要统一。
4、杠杆转动方向的判断①当2211l F l F ≠时，杠杆的平衡即被破坏，原来静止的杠杆就要转动起来，原来匀速转动的杠杆将变速转动。
②影响杠杆转动的因素：作用在杠杆上的两个例F 1和F 2，如果产生的效果不同，一个力的作用效果若使杠杆沿顺时针方向转动，另一个力的作用效果将一定使杠杆沿逆时针方向转动，一个是动力时，另一个就称为阻力。
但杠杆是否转动、怎样转动，应看F 1l 1与F 2l 2的大小关系，并不单纯取决于F 1、F 2的大小关系，也不单纯取决于力臂l 1和l 2的大小关系。
也就是说，影响杠杆转动的因素不单是力，也不单是力臂，而是力和力臂的乘积。
③转动方向的判断：当F 1l 1＞F 2l 2时，杠杆沿F 1的方向转动；当F 1l 1＜F 2l 2时，杠杆沿F 2的方向转动。
知识点三、生活中的杠杆1、等臂杠杆：天平的动力臂与阻力臂相等，在使用中既不省力也不省距离。
2、省力杠杆：利用撬棒用较小的动力就能撬动较重的重物，省力杠杆动力臂比阻力臂长，虽然省力，但动力作用点移动的距离比阻力作用点移动的距离大，省力却费距离。
3、费力杠杆：动力臂比阻力臂短，动力比阻力大，这类杠杆动力作用点移动的距离不阻力作用点移动的距离小，虽然费力，却省了距离。
归纳总结：三种杠杆的比较力臂关系平衡时力的关系优缺点应用等臂杠杆l1=l2F1=F2不省力，不省距离天平省力杠杆l1＞l2F1＜F2省力，费距离撬棒、瓶盖起子费力杠杆l1＜l2F1＞F2费力，省距离镊子、钓鱼竿注意：①凡省力的杠杆必定费距离，凡费力的杠杆必定省距离，既省力又省距离的杠杆是不存在的。
②判定杠杆的种类，主要通过比较动力臂和阻力臂的大小进行判断，如果动力臂大于阻力臂，则为省力杠杆，反之则为费力杠杆，对于较复杂的杠杆，最好在图上找到支点、动力、阻力，然后画出动力臂和阻力臂进行比较。
对于一些不容易判断力臂大小的杠杆，我们可以根据杠杆是省距离还是费距离的角度来判断，如用筷子吃饭时省距离，则筷子为费力杠杆。
③省力杠杆与费力杠杆的应用不同，省力杠杆一般应用在阻力很大的情况下，而费力杠杆一般用在阻力不大的情况下，是为了省距离，使用起来方便。
12.2 滑轮知识点一、定滑轮和动滑轮1、定滑轮和动滑轮1）滑轮：滑轮是个周边有槽，能绕轴转动的小轮。
2）使用滑轮时，滑轮的轴固定不动，这种滑轮叫做定滑轮。
3）滑轮的轴随被吊物体一起运动，这种滑轮叫做动滑轮。
4）滑轮的实质：滑轮是一种变形的杠杆，滑轮可以连续旋转，因此可以看做连续旋转的杠杆。
2、定滑轮和动滑轮的特点设计实验与制定计划：分别使用同一物体在不使用滑轮、使用定滑轮、使用动滑轮时匀速运动，记录整个过程需要用力的大小，物体移动的距离及动力移动的距离，动力的方向，然后由数据分析得出结论。
实验器材：钩码两个，滑轮两个，弹簧测力计一个等。
实验过程：①按图甲所示测出钩码的重力G。
②按图乙所示安装定滑轮，让钩码匀速上升的高度h=10cm，记录弹簧测力计的示数F、拉力方向及绳子自由端移动的距离s。
③按图丙所示安装动滑轮，让钩码匀速上升的高度h=10cm，记录弹簧测力计的示数F、拉力方向及绳子自由端移动的距离s。
④换用数量不同的钩码，重复上面的步骤。
实验记录：如下表所示使用简单机械情况拉力大小F/N 钩码提升10cm时绳端移动的距离s/cm 拉力方向不使用简单机械 2 4 6 10 上使用定滑轮 2 4 6 10 下使用动滑轮 1 2 3 20 上交流论证：①对比用甲、乙两图所做实验记录的数据可知：使用定滑轮时，拉力F与钩码重力G相等，绳端移动的距离s与钩码升高的高度h相同。
（忽略绳子与滑轮间的摩擦力和滑轮与轴间的摩擦力，绳子的重力）②对比用甲、丙两图所作实验记录的数据可知：使用动滑轮时，拉力F=1/2G，绳端移动的距离s=2h。
（忽略动滑轮与绳的重力和摩擦力）实验结论：①使用定滑轮不省力，也不省距离，但可以改变力的方向。
②使用动滑轮可以省力，但不改变力的方向，而且费距离。
注意事项：①弹簧测力计要匀速拉动。
②动力的方向与并排的绳子平行。
③选用质量较小的动滑轮。
④保证滑轮轴间摩擦较小。
3、定滑轮和动滑轮的实质①定滑轮可以看成一个变形的杠杆，滑轮的轴相当于支点，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，即l1=l2，根据杠杆的平衡条件Fl1=Gl2可知：F=G，即使用定滑轮不省力。
可见定滑轮的实质是一个等臂杠杆。
由于等臂杠杆不省力也不省距离，所以使用定滑轮时，物体上升的高度h和绳子自由端下降的距离s相等。
②动滑轮也可以看成一个变形的杠杆，支点O在滑轮的边缘上，动力臂l1为滑轮所在圆的直径，阻力臂l2为圆的半径，因此动力臂l1为阻力臂l2的两倍，故动力F1是阻力F2的二分之一，即使用动滑轮能够省一半力，可见，动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。
使用动滑轮能省一半力，则需要费一倍的距离，即被提升的物体每上升h，绳的自由端移动的距离s=2h4、使用定滑轮和动滑轮的几种情况（图中物体全部匀速运动，物体的重力都为G）种类图示表达式定滑轮F=GF=f ，f 为物体A 所受的摩擦力动滑轮知识拓展：（1）使用定滑轮时，拉力F 不沿竖直方向而改为其他方向时的拉力大小的分析，改变拉力F 得方向，右图中杠杆的示意图可以得出L 1=L 2=r ，由杠杆平衡条件知，F 1=F 2=G ，因此低于定滑轮来说，施加在绳端的力无论朝哪个方向，定滑轮都是一个等臂杠杆，在绳重和摩擦可以忽略不计的情况下，所用的拉力都等于物体的重力。
（2）使用动滑轮时，拉力F 不沿竖直方向时的拉力大小的分析：L 2=r,而L 1＜2r ，根据杠杆平衡条件：F 1L 1=F 2L 2得F 1＞1/2F 2，当重物匀速上升时，F 2=G ，则F 1＞1/2G 。
由此可见，对于动滑轮来说：①动滑轮在移动的过程中，支点也在不停地移动。
②动滑轮省一半力的条件是：a.动滑轮与重物一起匀速移动。
b.动力F 的方向与物体移动的方向一致；c.不计动滑轮重，绳重和摩擦。
5、定滑轮和动滑轮的比较滑轮 定滑轮 动滑轮 钩码重 GG拉力大小 F=G （不靠路摩擦） F=1/2G （不考虑摩擦和动滑轮重） 方向与钩码上升方向相反 与钩码上升方向相同 钩码移动距离 h h 拉力移动距离 s=h s=2h 省力情况不省力省一半力 改变力的方向情况 能改变力的方向 不能改变力的方向实质 相当于一个等臂杠杆 相当于一个省力杠杆，动力臂是阻力臂的2倍 事例升旗起重机知识点二、滑轮组1、在实际应用中，人们常常把定滑轮和动滑轮组合在一起，构成滑轮组。
