省力杠杆和费力杠杆

在物理学中，将一根在力的作用下绕一固定点转动的硬棒称做杠杆.为了了解杠杆的应用，我们先来了解几个与杠杆有关的概念.以图1甲中钢丝钳为例，其中A为剪钢丝处，B为手的用力点，O为转动轴（支点），图乙为单侧钳柄及相连部分示意图，图丙中画出剪钢丝时的动力F1、阻力F2、动力臂l1、阻力臂l2.其中：

支点：杠杆绕着转动的点，即图中的O点.

动力：使杠杆转动的力，即图中的F1.

阻力：阻碍杠杆转动的力，即图中的F2.

动力臂：从支点到动力作用线的距离，即图中的l1.

阻力臂：从支点到阻力作用线的距离，即图中的l2.

了解了杠杆的五要素以后，可从以下几个方面认识省力杠杆和费力杠杆.

一、判断省力杠杆和费力杠杆的常用方法

1.根据杠杆的平衡条件：即F1l1＝F2l2

（1）省力杠杆：动力臂大于阻力臂的杠杆叫省力杠杆，省力杠杆能够省力，即：当l1＞l2时，F1＜F2为省力杠杆.

（2）费力杠杆：阻力臂大于动力臂的杠杆叫费力杠杆，费力杠杆费力，即：当l1＜l2时，F1＞F2为费力杠杆.

（3）等臂杠杆：动力臂等于阻力臂的杠杆叫等臂杠杆，等臂杠杆既不省力，也不费力；即：当l1=l2时，F1=F2为等臂杠杆.

2.根据机械功原理：即使用任何机械都不省功.

（1）省力杠杆费距离.

（2）费力杠杆省距离.

（3）等臂杠杆既不省距离也不费距离.

二、日常生活中的省力杠杆和费力杠杆

人们在生活、工作中经常使用各种杠杆，这些杠杆，有的复杂，有的简单.现把生活中常遇到的杠杆归类如下：

省力杠杆：撬杠、羊角锤、开瓶起子、钢丝钳、手推车、扳手、动滑轮、核桃夹等.

费力杠杆：筷子、铁锨、理发剪刀、钓鱼竿、笤帚、镊子等.

等臂杠杆：托盘天平、定滑轮等.

说明　有些剪刀要看具体的用途才能准确地确定省力还是费力，如图2中的剪刀：如果想要剪开较硬的物体，使用哪种最合适？答案很明显选D.因为Ｄ中的剪刀阻力臂最短，动力臂长，所以最省力.

三、例题解析

近几年各地的中考中，杠杆也是主要的考查内容之一.考试形式主要有选择题、填空题、作图题、计算题和实验探究题等多种题型.考查的知识点包括杠杆的五要素、杠杆是省力的还是费力的、探究杠杆平衡条件的实验及应用等.在这里，针对有关杠杆的考点，进行归类分析如下：

题型一：会画出杠杆的力臂

例1　如图3所示为钓鱼竿钓鱼的示意图，O为支点，F1表示手对钓鱼竿的作用力，请完成下列问题：

（1）在图中画出鱼线对钓鱼竿拉力F2的力臂l2；

（2）钓鱼竿属于

杠杆（选填“省力”“费力”或“等臂”）.

答案　（1）如图4　（2）费力

点拨　①画力臂时必须注意力臂是“支点到力的作用线的距离”，而不是“支点到力的作用点的距离”.力的作用线是通过力的作用点并沿力的方向所画的直线.②判断省力还是费力，主要根据力臂的长短，本题中很明显阻力臂大于动力臂，因此是费力杠杆.

题型二：会找出作用在杠杆上的最小力

例2　如图5是用羊角锤撬起钉子的示意图.为了撬起钉子，分别用四个力作用在锤柄的末端，其中最小的力是（　）.

A.F1

B.F２

C.F２

D.F４

点拨　这种题型仍然是找力臂，关键是找到最长的力臂.根据数学直角三角形知识，斜边比直角边长.F２对应的力臂最长.所以本题答案是B.

题型三：判断是省力杠杆还是费力杠杆

例3　以下是日常生活及实验中常用的一些器械，其中属于省力杠杆的是（　）.

点拨　根据杠杆平衡条件，我们把杠杆分为三类：省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆.如果动力臂比阻力臂长，就是省力杠杆；如果动力臂比阻力臂短，就是费力杠杆；如果动力臂和阻力臂相等，就是等臂杠杆.题中例子的实质都是考查杠杆的分类.A是等臂杠杆，C、D是费力杠杆.答案是B.