說說杠桿的分類及應用

在日常生活中，各種簡單機械的應用隨處可見．這些簡單機械以其獨特的結構和工作原理．給我們的生活帶來了便利．杠桿可分為省力杠桿、費力杠桿和等臂杠桿這三類．下面，我們就逐一說說這三類杠桿及其應用.

省力杠桿及其應用

省力杠桿是一種動力臂大于阻力臂的杠桿，即l1gt;l2．當這類杠桿平衡時，根據杠桿的平衡條件F1l1=F2l2，可得出F1＜F2．因此，使用省力杠桿可以省力．但會增加操作距離．省力杠桿在生活中的應用非常廣泛，例如，開瓶器、老虎鉗、指甲剪等都是利用省力杠桿的原理設計的.

例1 下列選項中的工具在正常使用的過程中，屬于省力杠桿的是（ ）．

A．食品夾 B．筷子 C．核桃夾 D．鑷子

解析：食品夾的動力臂比阻力臂短，是費力杠桿．A不符合題意；筷子的動力臂比阻力臂短，是費力杠桿，B不符合題意；核桃夾的動力臂比阻力臂長，是省力杠桿，C符合題意；鑷子的動力臂比阻力臂短，是費力杠桿，D不符合題意．

答案：C

費力杠桿及其應用

費力杠桿是一種動力臂小于阻力臂的杠桿，即l1＜l2．當這類杠桿平衡時，根據杠桿的平衡條件F1l1=F2l2，可得出F1gt;F2.因此，使用費力杠桿會費力，但可以減小操作距離，費力杠桿在生活中的應用也很多，例如，鑷子、釣魚竿、筷子等都是利用費力杠桿的原理設計的．

例2 （2023·無錫）圖1所示是《天工開物》中記載的我國傳統的提水工具桔槔，用繩子系住一根硬棒的O點．該點作為支點．如果A端掛有所受重力為40 N的石塊，B端掛有所受重力為20 N的空桶，OA長為1.2 m，OB長為0.6 m，使用時．人向下拉繩放下空桶，裝滿所受重力為100 N的水后向上拉繩，硬棒質量忽略不計.那么下列說法正確的是（ ）．

A．向下拉繩放下空桶時桔槔為省力杠桿

B．向下拉繩放下空桶時拉力為20 N

C．向上拉繩提起裝滿水的桶時桔槔為費力杠桿

D．向上拉繩提起裝滿水的桶時拉力為40 N

解析：向下拉繩放下空桶時，B端的力為動力，A端的力為阻力，動力臂小于阻力臂，屬于費力杠桿，A錯誤．根據杠桿的平衡條件F1l1=F2l2可得，杠桿平衡時B端的拉力FB=G石·lOA/10BN×1.2m/0.6m=80 N.放下空桶時，向下拉繩子的力F1=FB-G桶=80 N-20 N=60 N；裝滿水時，桶和水所受的總重力G總=G桶+G水=20 N+100 N=120 N，向上拉繩子的力F2=G總-FB=120 N -80 N=40 N.B錯誤．D正確，向上拉繩提起裝滿水的桶時，A端的力為動力，B端的力為阻力，動力臂大于阻力臂，屬于省力杠桿，C錯誤．

答案：D

等臂杠桿及其應用

等臂杠桿是一種特殊的杠桿．其動力臂和阻力臂相等，即l1=l2．當這類杠桿平衡時，根據杠桿的平衡條件F1l1 =F2l2，可得出F1=F2，因此，使用等臂杠桿不會改變力的輸出大小．只會改變操作方式，等臂杠桿在生活中的應用相對較少，但也有一些實例，例如，天平、蹺蹺板等都是利用等臂杠桿的原理設計的.

例3 如圖2所示，輕質杠桿ABO能繞O點自由轉動．若在杠桿末端A點施加一個力提起重物G．使杠桿在水平位置平衡，則此杠桿____（填“一定”或“不一定”）是省力杠桿：若在A點施加一個最小的力使杠桿在水平位置平衡，則此力的方向____.

解析：要解決此題，需掌握杠桿的平衡條件F1L1=F2l2，力臂的大小關系決定了力的大小關系．若要使動力最小，則應使動力臂最大，此題最大的動力臂是OA的長度，由此確定力的方向．作用在A點的力的方向不同，力臂的大小則不同，不能確定動力臂與阻力臂的大小關系，也就不能確定此杠桿是不是省力杠桿：若在A點施加一個最小的力使杠桿在水平位置平衡，則應使其力臂最長，最長力臂為lOA，所以力應垂直于OA向上．

答案：不一定 垂直于OA向上

以上我們了解了杠桿的分類及應用，下面我們再來了解杠桿類別的判斷方法．常用的方法有三種：

（1）比較力臂長度：動力臂大于阻力臂的是省力杠桿，動力臂小于阻力臂的是費力杠桿，這種方法需要準確找出支點并畫出動力臂和阻力臂．

（2）比較力的大小：動力小于阻力的是省力杠桿（用較小的動力能克服較大的阻力），動力大于阻力的是費力杠桿（用較大的動力只能克服較小的阻力）．這種方法需要了解所考查工具的使用經驗．

（3）比較運動距離：動力作用點運動距離大于阻力作用點運動距離的是省力杠桿（費距離），動力作用點運動距離小于阻力作用點運動距離的是費力杠桿（省距離）．這種方法也需要了解所考查工具的使用經驗．

綜上所述，同學們在生活中應多觀察、多體驗，了解生活中的杠桿，在使用中思考并學習杠桿相關的物理知識，應用物理知識解決生活中的實際問題.

學即用，練一練：

1．（2023·懷化）生活中常用到各種各樣的杠桿，有撬動石頭的撬棒（如圖3甲），撬棒屬于____杠桿；有稱量物體質量的天平（如圖3乙），天平屬于____杠桿．（均填“省力”“費力”或“等臂”）

2．（2023．益陽）下列選項中的設施或設備在使用過程中屬于費力杠桿的是（ ）．

A．噴水壺的手柄 B．船槳 C．水龍頭的旋柄 D．碾磨的推桿

參考答案：1．省力 等臂 2．B