说说杠杆的分类及应用

在日常生活中，各种简单机械的应用随处可见．这些简单机械以其独特的结构和工作原理．给我们的生活带来了便利．杠杆可分为省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆这三类．下面，我们就逐一说说这三类杠杆及其应用.

省力杠杆及其应用

省力杠杆是一种动力臂大于阻力臂的杠杆，即l1gt;l2．当这类杠杆平衡时，根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2，可得出F1＜F2．因此，使用省力杠杆可以省力．但会增加操作距离．省力杠杆在生活中的应用非常广泛，例如，开瓶器、老虎钳、指甲剪等都是利用省力杠杆的原理设计的.

例1 下列选项中的工具在正常使用的过程中，属于省力杠杆的是（ ）．

A．食品夹 B．筷子 C．核桃夹 D．镊子

解析：食品夹的动力臂比阻力臂短，是费力杠杆．A不符合题意；筷子的动力臂比阻力臂短，是费力杠杆，B不符合题意；核桃夹的动力臂比阻力臂长，是省力杠杆，C符合题意；镊子的动力臂比阻力臂短，是费力杠杆，D不符合题意．

答案：C

费力杠杆及其应用

费力杠杆是一种动力臂小于阻力臂的杠杆，即l1＜l2．当这类杠杆平衡时，根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2，可得出F1gt;F2.因此，使用费力杠杆会费力，但可以减小操作距离，费力杠杆在生活中的应用也很多，例如，镊子、钓鱼竿、筷子等都是利用费力杠杆的原理设计的．

例2 （2023·无锡）图1所示是《天工开物》中记载的我国传统的提水工具桔槔，用绳子系住一根硬棒的O点．该点作为支点．如果A端挂有所受重力为40 N的石块，B端挂有所受重力为20 N的空桶，OA长为1.2 m，OB长为0.6 m，使用时．人向下拉绳放下空桶，装满所受重力为100 N的水后向上拉绳，硬棒质量忽略不计.那么下列说法正确的是（ ）．

A．向下拉绳放下空桶时桔槔为省力杠杆

B．向下拉绳放下空桶时拉力为20 N

C．向上拉绳提起装满水的桶时桔槔为费力杠杆

D．向上拉绳提起装满水的桶时拉力为40 N

解析：向下拉绳放下空桶时，B端的力为动力，A端的力为阻力，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，A错误．根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2可得，杠杆平衡时B端的拉力FB=G石·lOA/10BN×1.2m/0.6m=80 N.放下空桶时，向下拉绳子的力F1=FB-G桶=80 N-20 N=60 N；装满水时，桶和水所受的总重力G总=G桶+G水=20 N+100 N=120 N，向上拉绳子的力F2=G总-FB=120 N -80 N=40 N.B错误．D正确，向上拉绳提起装满水的桶时，A端的力为动力，B端的力为阻力，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，C错误．

答案：D

等臂杠杆及其应用

等臂杠杆是一种特殊的杠杆．其动力臂和阻力臂相等，即l1=l2．当这类杠杆平衡时，根据杠杆的平衡条件F1l1 =F2l2，可得出F1=F2，因此，使用等臂杠杆不会改变力的输出大小．只会改变操作方式，等臂杠杆在生活中的应用相对较少，但也有一些实例，例如，天平、跷跷板等都是利用等臂杠杆的原理设计的.

例3 如图2所示，轻质杠杆ABO能绕O点自由转动．若在杠杆末端A点施加一个力提起重物G．使杠杆在水平位置平衡，则此杠杆____（填“一定”或“不一定”）是省力杠杆：若在A点施加一个最小的力使杠杆在水平位置平衡，则此力的方向____.

解析：要解决此题，需掌握杠杆的平衡条件F1L1=F2l2，力臂的大小关系决定了力的大小关系．若要使动力最小，则应使动力臂最大，此题最大的动力臂是OA的长度，由此确定力的方向．作用在A点的力的方向不同，力臂的大小则不同，不能确定动力臂与阻力臂的大小关系，也就不能确定此杠杆是不是省力杠杆：若在A点施加一个最小的力使杠杆在水平位置平衡，则应使其力臂最长，最长力臂为lOA，所以力应垂直于OA向上．

答案：不一定 垂直于OA向上

以上我们了解了杠杆的分类及应用，下面我们再来了解杠杆类别的判断方法．常用的方法有三种：

（1）比较力臂长度：动力臂大于阻力臂的是省力杠杆，动力臂小于阻力臂的是费力杠杆，这种方法需要准确找出支点并画出动力臂和阻力臂．

（2）比较力的大小：动力小于阻力的是省力杠杆（用较小的动力能克服较大的阻力），动力大于阻力的是费力杠杆（用较大的动力只能克服较小的阻力）．这种方法需要了解所考查工具的使用经验．

（3）比较运动距离：动力作用点运动距离大于阻力作用点运动距离的是省力杠杆（费距离），动力作用点运动距离小于阻力作用点运动距离的是费力杠杆（省距离）．这种方法也需要了解所考查工具的使用经验．

综上所述，同学们在生活中应多观察、多体验，了解生活中的杠杆，在使用中思考并学习杠杆相关的物理知识，应用物理知识解决生活中的实际问题.

学即用，练一练：

1．（2023·怀化）生活中常用到各种各样的杠杆，有撬动石头的撬棒（如图3甲），撬棒属于____杠杆；有称量物体质量的天平（如图3乙），天平属于____杠杆．（均填“省力”“费力”或“等臂”）

2．（2023．益阳）下列选项中的设施或设备在使用过程中属于费力杠杆的是（ ）．

A．喷水壶的手柄 B．船桨 C．水龙头的旋柄 D．碾磨的推杆

参考答案：1．省力 等臂 2．B