杠桿的分類和應用

王煥景

同學們，大家看過科幻電影《指環王》嗎？電影里出現了一種可以完美展現物理學獨特魅力的杠桿——威力巨大的投石機.它到底是什么樣的神器？它為什么可以有如此大的威力？認真學習了下面杠桿分類的知識，你一定就可以明白了。

我們根據杠桿的平衡條件“動力×動力臂=阻力×阻力臂”（F1l1=F2l2），可以很清晰明了地把應用于實際的杠桿分為三類：可以省力的省力杠桿，可以省距離的費力杠桿，可以改變力的方向的等臂杠桿.

省力杠桿及應用

省力杠桿是源自人類對杠桿最初的認識.也是人們應用最早的一類機械結構.

根據杠桿的平衡條件F1l1=F2l2可知，動力臂l1大于阻力臂l2時，動力F1就會小于阻力F2，在物理學中我們把這類杠桿叫作省力杠桿.我們日常生活中常常用到的工具類似扳手、撬棒之類的都屬于省力杠桿.

如圖1所示.電影上經常出現的古代護城河上的吊橋.它可以看成以O為支點的杠桿.繩子作用于吊橋頂端的力為動力F1，吊橋本身所受的重力為阻力F2.根據圖1可知，動力臂（/l）大于阻力臂（/2），此時的杠桿為省力杠桿，護城士兵就可以用較小的力拉起很重的吊橋.省力杠桿使用時省力，但卻費距離。

例1 （2019.河南）圖2中開瓶器開啟瓶蓋時可抽象為一杠桿，不計自重，下圖中能正確表示它工作示意圖的是（ ）.

解析：本題考查將實際問題轉化成物理模型（杠桿）的能力.開瓶器為省力杠桿，動力F1應小于阻力F2，根據杠桿的平衡條件可知，動力臂l1大于阻力臂l2，故C錯，當用開瓶器開啟瓶蓋時，支點O是開瓶器前端與瓶蓋的接觸點，動力F1的作用點是開瓶器與手的接觸點，阻力F2的作用點是開瓶器與瓶蓋邊緣的接觸點，所以B項中的示意圖符合題意。

答案：B

費力杠桿及應用

根據杠桿的平衡條件F1l1=F2l2可知，動力臂l1小于阻力臂l2時，動力F1就會大于阻力F2，在物理學中我們把這類杠桿叫作費力杠桿.費力杠桿在生活中應用頗多，例如鑷子、釣魚竿、理發用的剪刀、筷子、劃船的船槳等.費力杠桿使用起來雖然費力，但能節省動力移動的距離，即動力作用點移動很小的距離.就能使阻力作用點移動較大的距離

圖3所示就是利用杠桿原理拋射石彈的大型人力遠射兵器——投石機.它的出現是技術的進步，也是戰爭的需要，投石機的結構簡單.在短端綁上很重的物體，長端頂處有一長繩和一個放石頭的碗或框，拉長繩可把碗拉下來，使用時砍斷繩子，短端的重物就會快速將長端的石頭拋出.

倒2下列工具中，使用時屬于費力杠桿的是（ ）.

A.羊角錘 B.筷子 C.瓶蓋起子 D.天平

解析：本題考查杠桿的分類.阻力臂大于動力臂的杠桿是費力杠桿.四個選項中只有B項符合.羊角錘、瓶蓋起子都是省力杠桿，天平是等臂杠桿。

答案：B

等臀杠桿及應用

根據杠桿的平衡條件F1l1=F2l2可知，動力臂l1等于阻力臂l2時，動力F1等于阻力F2，在物理學中我們把這類杠桿叫作等臂杠桿.這種杠桿的特點是既不省力，也不費力：既不省距離，也不費距離.人們為什么要用這種杠桿呢？等臂杠桿的優點主要是可以改變用力方向.實驗室內的天平、生活中孩子們愛玩的蹺蹺板、應用廣泛的定滑輪等，都是典型的等臂杠桿.

同學們，學習了三種杠桿的分類，你能準確分辨出實際生活中常用的杠桿的類型嗎？分辨的方法和技巧又有哪些呢？

常用分辨杠桿種類的方法歸納起來主要有三種：

（1）比較力臂.根據三種杠桿分類的理論依據，動力臂比阻力臂長的為省力杠桿，反之為費力杠桿，力臂相等的是等臂杠桿.這種方法適合用在杠桿的力臂很容易看出的題目中.

（2）比較移動距離.省力杠桿費距離，費力杠桿省距離.因此我們可以根據三種杠桿使用時的特點，比較使用該機械時動力作用點移動的距離與阻力作用點移動距離的關系，如果動力作用點移動的距離比阻力作用點移動的距離大，則為省力杠桿;動力作用點移動的距離比阻力作用點移動的距離小，則為費力杠桿.例如船槳，劃船的人手握槳在船艙里移動比較小的距離.船槳就能在水中劃動比較大的距離，省了距離，是費力杠桿.

（3）比較用途，如果沒有使用杠桿，靠人的力氣很難輕松完成的.絕大多數都屬于省力杠桿.假如沒有鋼絲鉗、起瓶器，我們能輕而易舉地用手扳斷鋼絲、打開酒瓶蓋嗎？假如不使用筷子、釣魚竿，我們能輕而易舉地用手拿起食物、提起魚嗎？顯然前者不容易辦到，后者可以輕松地辦到.據此就可判斷出，鋼絲鉗和起瓶器是省力杠桿.筷子和釣魚竿是費力杠桿.多想想一些杠桿在生活中的實際應用，很多杠桿能根據它的用途直接判斷出種類.這是一種比較簡單實用的方法！

責任編輯 蔡華杰