力臂與力矩課件

3-3槓桿原理力矩力除了可以讓物體移動(dòng)之外，也可能讓物體轉(zhuǎn)動(dòng)。生活可轉(zhuǎn)動(dòng)的器具：

門把、水龍頭、蹺蹺板、螺絲起子等。水龍頭是靠轉(zhuǎn)動(dòng)打開的力矩凡是可以繞著固定點(diǎn)或轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的硬棒，通稱為槓桿，而該固定點(diǎn)或轉(zhuǎn)軸則稱為支點(diǎn)。力矩是用來描述物體受力後轉(zhuǎn)動(dòng)難易的物理量，物體受力作用後若發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的效果和力矩的大小有關(guān)。力矩若以L表示力矩、以F表示外力的大小，以d表示支點(diǎn)到力的作用線的垂直距離，稱為力臂。公式：

力矩=外力×力臂

L=F×d單位：(1)公尺重–公尺(kgw-m)(2)公克重–公分(gw-cm)(3)牛頓–公尺(N-m)力矩的方向一般以時(shí)鐘的轉(zhuǎn)動(dòng)方向來區(qū)分。轉(zhuǎn)動(dòng)的方向有沿順時(shí)鐘方向轉(zhuǎn)動(dòng)和沿逆時(shí)鐘方向轉(zhuǎn)動(dòng)兩種。順時(shí)鐘方向轉(zhuǎn)動(dòng)逆時(shí)鐘方向轉(zhuǎn)動(dòng)影響力矩大小的因素物體受外力的大小和力臂長度會(huì)影響力矩的大小。因此影響力矩大小的因素有三：作用力的大小、方向和作用點(diǎn)。其中力臂的長度是由力的作用點(diǎn)和力的作用方向所決定。當(dāng)力臂一定時(shí)，施力愈大，會(huì)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)動(dòng)效果。如下圖，當(dāng)力臂一定時(shí)，比較甲和乙兩力產(chǎn)生的力矩，甲的力矩較大。力的大小與力矩當(dāng)作用力的大小一定時(shí)，力臂愈大，會(huì)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)動(dòng)效果。如下圖，當(dāng)作用力的大小一定時(shí)，比較丙和丁兩力各別的力矩，丁的力矩較大。力臂與力矩(1)力的作用線通過支點(diǎn)，施力在支點(diǎn)上

→力臂=0

→力矩=0

→物體不轉(zhuǎn)動(dòng)。施力的方向與力臂的大小(2)力的作用線和槓桿垂直→力臂最大→力臂d＝→轉(zhuǎn)動(dòng)的效果最好(3)力臂的長度為支點(diǎn)到力的作用線的垂直距離。

力臂d<(4)力臂d<動(dòng)畫下圖為一根10公尺的木棒，左端為轉(zhuǎn)軸，右端同時(shí)三個(gè)不同方向的作用力作用，分別為3kgw、4kgw、5kgw，則試問各力的力矩是多少？合力矩是多少？範(fàn)例3kgw5kgw4kgw10m6m8m轉(zhuǎn)軸3kgw作用力的力矩=10×3=30m-kgw(逆轉(zhuǎn)鐘)參考答案4kgw作用力的力矩=0×4=0m-kgw3kgw5kgw4kgw10m6m8m轉(zhuǎn)軸5kgw作用力的力矩=6×5=30m-kgw(逆時(shí)鐘)合力矩=30+30=60m-kgw(逆時(shí)鐘)想一想假如天平的兩臂長度並不相等時(shí)，還可以使用它來測(cè)量物體的質(zhì)量嗎？參考答案：若天平的兩臂長度並不相等時(shí)，並不適宜使用它來測(cè)量物體的質(zhì)量，除非是天平已經(jīng)給予數(shù)值上的規(guī)格化，成為不等臂天平。想一想我們應(yīng)該如何說明天平是否處於平衡的狀態(tài)？參考答案：可以利用槓桿是否不再轉(zhuǎn)動(dòng)，來說明槓桿是處於平衡的狀衡。槓桿原理在槓桿兩端施力，如果此時(shí)槓桿不再轉(zhuǎn)動(dòng)了，則稱槓桿處於平衡狀態(tài)。當(dāng)槓桿達(dá)平衡時(shí)，施力所產(chǎn)生的力矩=抗力所產(chǎn)生的力矩，這種關(guān)係稱為槓桿原理。施力×施力臂＝抗力×抗力臂公式：槓桿原理的應(yīng)用當(dāng)兩人分別坐在蹺蹺板兩側(cè)，保持平衡而不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，體重較重的人會(huì)離蹺蹺板的支點(diǎn)較近，體重較輕的人會(huì)離支點(diǎn)較遠(yuǎn)。蹺蹺板由於左、右兩側(cè)力臂相同，所以砝碼與物體的重量相同。因?yàn)樵谕坏攸c(diǎn)物體的質(zhì)量大小和重量大小相同，因此物體的質(zhì)量等於砝碼的質(zhì)量。等臂天平當(dāng)天平平衡時(shí)，物體逆時(shí)鐘的力矩等於砝碼順時(shí)鐘的力矩。拔釘器當(dāng)施力的力矩大於釘子（抗力）產(chǎn)生的力矩時(shí)，就能夠?qū)⑨斪影纹?。若施力臂愈大，則使拔釘器轉(zhuǎn)動(dòng)而拔起釘子所需的力就愈小，也愈容易拔起釘子。範(fàn)例利用中國秤秤物體的重量，物體距支點(diǎn)5公分，掛1公斤砝碼處距支點(diǎn)20公分，則物體重量多少？20cm5cm參考答案：設(shè)物體重X公斤重X×5=1×20，X=4kgw想一想亞基米得曾說：「槓桿是力的放大器」，你覺得這句話對(duì)嗎？為什麼？參考答案對(duì)的，因?yàn)榭梢岳庙敆U原理，讓施力臂很長，就可以很小的施力舉起比施力大很多倍重量的物體。想一想舉出三種使用到槓桿原理的器具或現(xiàn)象？

參考答案：裁紙機(jī)、麵包夾、指甲剪、掃地、瓶蓋起子、剪刀歷史櫥窗-亞基米得有一段推動(dòng)地球的典故。當(dāng)時(shí)他從埃及農(nóng)民提水用的吊槓和奴隸們撬開石頭用的撬棍，發(fā)現(xiàn)可以借助槓桿來達(dá)到省力的目的。而且發(fā)現(xiàn)，手離支點(diǎn)愈遠(yuǎn)就愈省力。他曾對(duì)國王說：「我不費(fèi)吹灰之力，就可以隨便牽動(dòng)任何重的東西；只要給我一個(gè)支點(diǎn)，給我