杠杆的分类和应用

王焕景

同学们，大家看过科幻电影《指环王》吗？电影里出现了一种可以完美展现物理学独特魅力的杠杆——威力巨大的投石机.它到底是什么样的神器？它为什么可以有如此大的威力？认真学习了下面杠杆分类的知识，你一定就可以明白了。

我们根据杠杆的平衡条件“动力×动力臂=阻力×阻力臂”（F1l1=F2l2），可以很清晰明了地把应用于实际的杠杆分为三类：可以省力的省力杠杆，可以省距离的费力杠杆，可以改变力的方向的等臂杠杆.

省力杠杆及应用

省力杠杆是源自人类对杠杆最初的认识.也是人们应用最早的一类机械结构.

根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2可知，动力臂l1大于阻力臂l2时，动力F1就会小于阻力F2，在物理学中我们把这类杠杆叫作省力杠杆.我们日常生活中常常用到的工具类似扳手、撬棒之类的都属于省力杠杆.

如图1所示.电影上经常出现的古代护城河上的吊桥.它可以看成以O为支点的杠杆.绳子作用于吊桥顶端的力为动力F1，吊桥本身所受的重力为阻力F2.根据图1可知，动力臂（/l）大于阻力臂（/2），此时的杠杆为省力杠杆，护城士兵就可以用较小的力拉起很重的吊桥.省力杠杆使用时省力，但却费距离。

例1 （2019.河南）图2中开瓶器开启瓶盖时可抽象为一杠杆，不计自重，下图中能正确表示它工作示意图的是（ ）.

解析：本題考查将实际问题转化成物理模型（杠杆）的能力.开瓶器为省力杠杆，动力F1应小于阻力F2，根据杠杆的平衡条件可知，动力臂l1大于阻力臂l2，故C错，当用开瓶器开启瓶盖时，支点O是开瓶器前端与瓶盖的接触点，动力F1的作用点是开瓶器与手的接触点，阻力F2的作用点是开瓶器与瓶盖边缘的接触点，所以B项中的示意图符合题意。

答案：B

费力杠杆及应用

根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2可知，动力臂l1小于阻力臂l2时，动力F1就会大于阻力F2，在物理学中我们把这类杠杆叫作费力杠杆.费力杠杆在生活中应用颇多，例如镊子、钓鱼竿、理发用的剪刀、筷子、划船的船桨等.费力杠杆使用起来虽然费力，但能节省动力移动的距离，即动力作用点移动很小的距离.就能使阻力作用点移动较大的距离

图3所示就是利用杠杆原理抛射石弹的大型人力远射兵器——投石机.它的出现是技术的进步，也是战争的需要，投石机的结构简单.在短端绑上很重的物体，长端顶处有一长绳和一个放石头的碗或框，拉长绳可把碗拉下来，使用时砍断绳子，短端的重物就会快速将长端的石头抛出.

倒2下列工具中，使用时属于费力杠杆的是（ ）.

A.羊角锤 B.筷子 C.瓶盖起子 D.天平

解析：本题考查杠杆的分类.阻力臂大于动力臂的杠杆是费力杠杆.四个选项中只有B项符合.羊角锤、瓶盖起子都是省力杠杆，天平是等臂杠杆。

答案：B

等臀杠杆及应用

根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2可知，动力臂l1等于阻力臂l2时，动力F1等于阻力F2，在物理学中我们把这类杠杆叫作等臂杠杆.这种杠杆的特点是既不省力，也不费力：既不省距离，也不费距离.人们为什么要用这种杠杆呢？等臂杠杆的优点主要是可以改变用力方向.实验室内的天平、生活中孩子们爱玩的跷跷板、应用广泛的定滑轮等，都是典型的等臂杠杆.

同学们，学习了三种杠杆的分类，你能准确分辨出实际生活中常用的杠杆的类型吗？分辨的方法和技巧又有哪些呢？

常用分辨杠杆种类的方法归纳起来主要有三种：

（1）比较力臂.根据三种杠杆分类的理论依据，动力臂比阻力臂长的为省力杠杆，反之为费力杠杆，力臂相等的是等臂杠杆.这种方法适合用在杠杆的力臂很容易看出的题目中.

（2）比较移动距离.省力杠杆费距离，费力杠杆省距离.因此我们可以根据三种杠杆使用时的特点，比较使用该机械时动力作用点移动的距离与阻力作用点移动距离的关系，如果动力作用点移动的距离比阻力作用点移动的距离大，则为省力杠杆;动力作用点移动的距离比阻力作用点移动的距离小，则为费力杠杆.例如船桨，划船的人手握桨在船舱里移动比较小的距离.船桨就能在水中划动比较大的距离，省了距离，是费力杠杆.

（3）比较用途，如果没有使用杠杆，靠人的力气很难轻松完成的.绝大多数都属于省力杠杆.假如没有钢丝钳、起瓶器，我们能轻而易举地用手扳断钢丝、打开酒瓶盖吗？假如不使用筷子、钓鱼竿，我们能轻而易举地用手拿起食物、提起鱼吗？显然前者不容易办到，后者可以轻松地办到.据此就可判断出，钢丝钳和起瓶器是省力杠杆.筷子和钓鱼竿是费力杠杆.多想想一些杠杆在生活中的实际应用，很多杠杆能根据它的用途直接判断出种类.这是一种比较简单实用的方法！

责任编辑 蔡华杰