中考物理复习:杠杆原理
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在诺大的自然界中，人类相当弱小。想生存下来，确实面临着许多生理上的劣势。没有狮子和老虎一样锋利的爪牙，没有牛与鹿一样坚硬的犄角，没有如同大象般庞大的身躯，也不及猎豹那么行动敏捷，如果赤手空拳与野兽作一番争斗，势必要以落败收场。不过，纵然天生劣势，可也阻拦不住人类攀登文明之巅。因为我们能意识到自己的不足，然后凭借着智慧，源源不断地创造出各类机械来弥补短板。枪炮成为人们进攻的爪牙，刀剑是击退野兽的长鞭，飞机实现了人类的飞天梦，船艇让人们涉足海洋，城墙抵御了各种风险灾害，汽车则使我们日行千里……我们用工具武装自己。于是，人类突破了生理上种种局限，成为地球上最具影响力的物种之一。想搬起一块大石头，我们并不徒手操作，而是借助一根棒子。用较小的力气，向下压就可以达成目的。这种能绕固定点转动的硬棒，我们称之为杠杆。使用杠杆，不仅能帮助省力，还改变了力的方向，这比手臂向上举发力，可要轻松、容易得多了。埃及金字塔，堪称“世界七大奇迹之一”，那宏伟的造形，精湛的技艺，令人叹为观止。如此巨大的石块，是怎么被送往高处的？——这引发了人们无限遐思。要知道，在古代埃及，人类尚未发明出大型器械，古人到底仰仗了什么力量，才能取得这为傲的成绩。他们可能利用了杠杆原理。通过简陋的木制杠杆系统，便能将石块精准安置到位，构建出充满神秘的金字塔。这不仅关乎力的较量，更是对力学原理的深刻洞察。杠杆原理，就犹如一把打开世界大门的钥匙，它告诉我们，哪怕是最小的力量，只要用对方法，也能产生巨大影响。要掌握杠杆原理，首先分析什么是杠杆。一是能绕着支点转动，二是硬棒，不容易在外力的作用下变形。至于这根硬棒是直的，还是弯的，我们并不关心。其次，明白组成杠杆五要素的物理含义。如图，F1 是动力，能使杠杆转动的力；F2 是阻力，阻碍杠杆转动的力。动力和阻力的作用点皆在杠杆上。L1 是动力臂，支点到动力作用线的距离，L2 是阻力臂，支点到阻力作用线的距离。由于力臂始终与力的作用线垂直，力臂不一定等于支点与作用点连线的距离。判断动力和阻力，可结合目的来分析。我们希望杠杆朝哪个方向转动，能实现这种愿望的，便是动力端。动力和阻力，使杠杆转动的方向一定相反。由于动力和阻力总相对而言，所以，动力和阻力的方向未必相反。我们使用撬棍，在较远一侧用力，即使施加的力不大，也能移动重物。根据这些日常现象，阿基米德开始思考力的作用点和作用距离对结果的影响。同时，为了验证猜想，阿基米德动手做了一系列实验。他选取了不同长度的杠杆，并在杠杆不同位置施加力，观察、记录力的大小和另一端物体移动的距离。瞧瞧！物理来源于生活，高于生活。生活现象是物理学的根本，绝大部分物理规律是从现象中发掘的。要正确地介绍一个物理概念，了解它的来龙去脉不可或缺。教材引入了探究杠杆平衡条件的实验。一般来说，亲手实践，并结合可视化的学习方式，更容易在学生的脑海中产生形象化的认识和理解。有个网站叫 PhET，全称“Physics Education Technology”（物理教育技术），便采用了这种情景化的教学模式。归功于阿基米德的不懈努力，他发现，力的作用效果不仅与力的大小有关，还取决于力臂。结合已有数学知识，他对实验数据进行了归纳总结，提出了杠杆原理：在杠杆平衡的条件下，杠杆两端力和力臂的乘积必须相等，即 F1L1=F2L2。杠杆原理的发现，无疑是对科学探索路径的深刻诠释。我们要善于从观察现象出发，通过实验验证，利用数学工具进行分析，最后形成科学理论，从而为世人留下宝贵的财富。当杠杆静止或者匀速转动时，杠杆处于平衡状态。题目出现“缓慢运动”，其实就在描述后者。一旦 F1L1≠F2L2，原来静止的杠杆会发生转动，原来匀速转动的杠杆将变速转动。 判断杠杆是否转动、怎么转动，应看 F1L1 与 F2L2 大小关系。若 F1L1＞F2L2，杠杆沿 F1 方向转动，若 F1L1＜F2L2，杠杆沿 F2 方向转动。根据 L1 和 L2 的关系，生活上杠杆可分为省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆，主要通过比较动力臂和阻力臂判断。省力杠杆固然用起来省力，却费距离，瓶起子、扳手、老虎钳等都属于这类。它告诉我们，输出小的动力（努力），就足以克服大的阻力办大事，所谓“四两拨千斤”的豪言，“给我一个支点，我就能翘动地球”的壮志，当然，前提是动力臂和阻力臂的比值要足够大。其实，无论是在学习还是日常工作上，只要我们找到正确的“支点”，便能用最小的努力达到最大的效果。
费力杠杆虽费力气，但省距离。理论上，动力是阻力的几倍，要达到目的就只需移动几分之一的距离。钓鱼竿、镊子、筷子等，不用接触物体，便能操纵对方，移动一小步，能控制的范围却可以比较大，使用起来很方便。等臂杠杆不省力也不省距离，主要应用于天平、跷跷板，以及定滑轮。每个物理工具，皆有其一席之地。每个人，总能在生活上找到适合自己的位置。生活有光，以此共勉。
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