簡單機械杠桿原理的教學設計

① 杠桿原理

杠桿原理亦稱「杠桿平衡條件」。要使杠桿平衡，作用在杠桿上的兩個力（動力點、支點和阻力點）的大小跟它們的力臂成反比。動力×動力臂=阻力×阻力臂，用代數式表示為F1• L1=F2•L2。式中，F表示動力，L1表示動力臂，F2表示阻力，L2表示阻力臂。從上式可看出，欲使杠桿達到平衡，動力臂是阻力臂的幾倍，動力就是阻力的幾分之一。

在使用杠桿時，為了省力，就應該用動力臂比阻力臂長的杠桿；如欲省距離，就應該用動力臂比阻力臂短的杠桿。因此使用杠桿可以省力，也可以省距離。但是，要想省力，就必須多移動距離；要想少移動距離，就必須多費些力。要想又省力而又少移動距離，是不可能實現的。正是從這些公理出發，在「重心」理論的基礎上，阿基米德發現了杠桿原理，即「二重物平衡時，它們離支點的距離與重量成反比。

杠桿的支點不一定要在中間，滿足下列三個點的系統，基本上就是杠桿：支點、施力點、受力點。
其中公式這樣寫：支點到受力點距離(力矩) * 受力 = 支點到施力點距離(力臂) * 施力，這樣就是一個杠桿。
杠桿也有省力杠桿跟費力的杠桿，兩者皆有但是功能表現不同。例如有一種用腳踩的打氣機，或是用手壓的榨汁機，就是省力杠桿 (力臂 > 力矩)；但是我們要壓下較大的距離，受力端只有較小的動作。另外有一種費力的杠桿。例如路邊的吊車，釣東西的鉤子在整個桿的尖端，尾端是支點、中間是油壓機 (力矩 > 力臂)，這就是費力的杠桿，但費力換來的就是中間的施力點只要動小距離，尖端的掛勾就會移動相當大的距離。
兩種杠桿都有用處，只是要用的地方要去評估是要省力或是省下動作范圍。另外有種東西叫做輪軸，也可以當作是一種杠桿的應用，不過表現尚可能有時要加上轉動的計算。

古希臘科學家阿基米德有這樣一句流傳千古的名言："假如給我一個支點，我就能把地球挪動!"這句話不僅是催人奮進的警句，更是有著嚴格的科學根據的。

② 小學 科學 杠桿

阿基米德在《論平面圖形的平衡》一書中最早提出了杠桿原理。他首先把杠桿實際應用中的一些經驗知識當作"不證自明的公理"，然後從這些公理出發，運用幾何學通過嚴密的邏輯論證，得出了杠桿原理。這些公理是：(1)在無重量的桿的兩端離支點相等的距離處掛上相等的重量，它們將平衡；(2)在無重量的桿的兩端離支點相等的距離處掛上不相等的重量，重的一端將下傾；(3)在無重量的桿的兩端離支點不相等距離處掛上相等重量，距離遠的一端將下傾；(4)一個重物的作用可以用幾個均勻分布的重物的作用來代替，只要重心的位置保持不變。相反，幾個均勻分布的重物可以用一個懸掛在它們的重心處的重物來代替；似圖形的重心以相似的方式分布……正是從這些公理出發，在"重心"理論的基礎上，阿基米德又發現了杠桿原理，即"二重物平衡時，它們離支點的距離與重量成反比。"
阿基米德對杠桿的研究不僅僅停留在理論方面，而且據此原理還進了一系列的發明創造。據說，他曾經藉助杠桿和滑輪組，使停放在沙灘上的桅船順利下水。在保衛敘拉古免受羅馬海軍襲擊的戰斗中，阿基米德利用杠桿原理製造了遠、近距離的投石器，利用它射出各種飛彈和巨石攻擊敵人，曾把羅馬人阻於敘拉古城外達3年之久。
這里還要順便提及的是，在我國歷史上也早有關於杠桿的記載。戰國時代的墨家曾經總結過這方面的規律，在《墨經》中就有兩條專門記載杠桿原理的。這兩條對杠桿的平衡說得很全面。裡面有等臂的，有不等臂的；有改變兩端重量使它偏動的，也有改變兩臂長度使它偏動的。這樣的記載，在世界物理學史上也是非常有價值的。
[編輯本段]杠桿的定義
只要在力的作用下能夠繞支撐點轉動的堅實物體都是杠桿。
蹺蹺板、剪刀、扳子、撬棒等，都是杠桿。
[編輯本段]杠桿的性質
杠桿繞著轉動的支撐點叫做支點
The lever is called a fulcrum being winding the center of resistance rotating
使杠桿轉動的力叫做動力
Make the force that the lever turns be called driving force
阻礙杠桿轉動的力叫做阻力
Hinder the force that the lever turns from being called resistance
當動力和阻力對杠桿的轉動效果相互抵消時，杠桿將處於平衡狀態，這種狀態叫做杠桿平衡
Think that driving force composes in reply resistance when effect cancels out each other to the lever rotating , the lever will be called lever balance in equilibrium state , this state
杠桿平衡時保持在水平位置靜止或勻速轉動。
通過力的作用點沿力的方向的直線叫做力的作用線
The straight line passing the force effect point direction along the force is called the force effect line
Gleam of distance is called an arm of force from fulcrum to the force effect
從支點O到動力F1的作用線的垂直距離L1叫做動力臂
L1 is called a power arm from fulcrum O to driving force F1 effect line distance
從支點O到阻力F2的作用線的垂直距離L2叫做阻力臂
L2 is called the resistance arm from fulcrum O to resistance F2 effect line distance
[編輯本段]杠桿平衡條件
動力臂×動力=阻力臂×阻力，即L1F1=L2F2，由此可以演變為F2/F1=L1/L2
Power arm X driving force = resistance arm X resistance , namely L1F1 = L2F2, can develop into F2/F1 = L1/L2 from this
杠桿的平衡不僅與動力和阻力有關，還與力的作用點及力的作用方向有關。
The lever balance is connected with driving force and resistance not only , direction is connected with force effect point and the force effect.
[編輯本段]生活中的杠桿
杠桿是一種簡單機械；一根結實的棍子（最好不會彎又非常輕），就能當作一根杠桿了。上圖中，方形代表重物、圓形代表支持點、箭頭代表用，這樣，你看出來了吧？在杠桿右邊向下杠桿是等臂杠桿；第二種是重點在中間，動力臂大於阻力臂，是省力杠桿；第三種是力點在中間，動力臂小於阻，是費力杠桿。
第一種杠桿例如：剪刀、釘錘、拔釘器……杠桿可能省力可能費力，也可能既不省力也不費力。這要看力點和支點的距離：力點離支點愈遠則愈省力，愈近就愈費力；還要看重點（阻力點）和支點的距離：重點離支點越近則越省力，越遠就越費力；如果重點、力點距離支點一樣遠，就不省力也不費力，只是改變了用力的方向。
第二種杠桿例如：開瓶器、榨汁器、胡桃鉗……這種杠力點一定比重點距離支點近，所以永遠是省力的。
如果我們分別用花剪（刀刃比較短）和洋裁剪刀（刀刃比較長）剪紙板時花剪較省力但是費時；而洋裁剪則費力但是省時。
1.剪較硬物體
要用較大的力才能剪開硬的物體，這說明阻力較大。用動力臂較長、阻力臂較短的剪刀。
2.剪紙或布
用較小的力就能剪開紙或布之類較軟的物體，這說明阻力較小，同時為了加快剪切速度，刀口要比較長。用動力臂較短、阻力臂較長的剪刀。
3.剪樹枝
修剪樹枝時，一方面樹枝較硬，這就要求剪刀的動力臂要長、阻力臂要短；另一方面，為了加快修剪速度，剪切整齊，要求剪刀刀口要長。用動力臂較長、阻力臂較短，同時刀口較長的剪刀。
[編輯本段]投資中的杠桿
杠桿比率
認股證的吸引之處，在於能以小博大。投資者只須投入少量資金，便有機會爭取到與投資正股相若，甚或更高的回報率。但挑選認股證之時，投資者往往把認股證的杠桿比率及實際杠桿比率混淆，兩者究竟有什麼分別？投資時應看什麼？
想知道是否把這兩個名詞混淆，可問一個問題：假設同一股份有兩只認股證選擇，認股證A的杠桿是6.42倍，而認股證B的杠桿是16.22倍。當正股價格上升時，哪一隻的升幅較大？可能不少人會選擇答案B。事實上，要看認股證的潛在升幅，我們應比較認股證的實際杠桿而非杠桿比率。由於問題缺乏足夠資料，所以我們不能從中得到答案。
杠桿比率=正股現貨價÷(認股證價格x換股比率)
杠桿反映投資正股相對投資認股證的成本比例。假設杠桿比率為10倍，這只說明投資認股證的成本是投資正股的十分之一，並不表示當正股上升1%，該認股證的價格會上升10%。
以下有兩只認購證，它們的到期日和引伸波幅均相同，但行使價不同。從表中可見，以認購證而言，行使價高於正股價的幅度較高，股證價格一般較低，杠桿比率則一般較高。但若投資者以杠桿來預料認股證的潛在升幅，實際表現可能令人感到失望。當正股上升1%時，杠桿比率為6.4倍的認股證A實際只上升4.2%(而不是6.4%)，而杠桿比率為16.2倍的認股證B實際只上升6%(而不是16.2.%)。
阿基米德的「理想」
阿基米德進行過力學方面的研究，並將其運用於杠桿和滑輪的機械設計。據說，為了宣揚其研究成果而誇口說：「給我一個支點和足夠長的杠桿，我可把地球搬動給你們看。」雖然，他沒有搬動地球，卻用滑輪移動了大船。
設支點在地球外1萬米處，如果一個在地球上可提起60kg的物體，則需要在支點外的1x1024km處才能搬動地球，地球質量6x1024kg．
1個天文單位為地球到太陽之間的平均距離，即1A.U.＝1.5x108km，一光年為光在一年前進的距離，1L.Y.≈ 9.5x1012km．
· 支點在地球外10km（1萬米）處，這是個難題。
· 11億光年，遠遠超出了我們所在的銀河系，也越過了從宇宙能得到信息的極限。
——這就是阿基米德的「理想」。

③ 杠桿原理是什麼

初中物理學中把一根在力的作用下可繞固定點轉動的硬棒叫做杠桿。

④ 簡單機械（杠桿）

杠桿，有長邊和短邊的
如果用力用在長邊上，動力臂比阻力臂大，就省力，但是用力路程長
如果用力在段邊上，動力臂比阻力臂小，就費力，但是用力路程短。

⑤ 簡單機械和杠桿原理的公式有哪些請總結一下

杠桿的平衡條件 F1L1= F2L2 F1：動力 L1：動力臂
F2：阻力 L2：阻力臂
定滑輪 F=G物
S=h F：繩子自由端受到的拉力
G物：物體的重力
S：繩子自由端移動的距離
h：物體升高的距離
動滑輪 F= （G物+G輪)/2
S=2 h G物：物體的重力
G輪：動滑輪的重力
滑輪組 F= （G物+G輪）
S=n h n：通過動滑輪繩子的段數
機械功W （J） W=Fs
F：力
s：在力的方向上移動的距離
有用功W有 =G物h
總功W總 W總=Fs 適用滑輪組豎直放置時
機械效率 η=W有/W總 ×100%

⑥ 小學科學《怎樣才能省力》教學設計特色簡述

怎樣才能省力 教學設計

教學設計思想：

本課的教學思想是先組織學生動手體驗使用工具可以提高工作效率；然後聯系日常生活中使用工具的事例來認識簡單機械；最後尋找生物器官與簡單機械結構的聯系。教學過程循序漸進，最終達到教學目標。

教學目標：

一、科學探究目標

1．能設計3種以上省力的方法。

2．能說明一種簡單工具是如何省力的。

3．能通過對圖片或實物的觀察，發現在動物的行為中，哪些屬於省力行為，並對自己的觀察結果說明理由。

4．能在生活環境中找到動物省力的行為。

二、情感態度與價值觀目標

能與其他同學探討生活中所見到的省力的方法。

三、科學知識目標

能用自己的話說出什麼是簡單機械。

四、科學、技術、社會、環境目標



選自河北遠程教育

1．能舉出2個以上使用簡單機械能提高工作效率的實例。

2．能在生活環境中找到動物省力的行為。

教學重點和難點：

指導學生聯系日常生活，對簡單機械有一個初步的了解，並綜合實驗現象和生活經驗，對簡單機械的使用可以提高工作效率有一個初步的認識。

教學方法：

教師講授與學生活動相結合的互動教學法。

教學媒體：

多媒體設備，各種有關省力工具的圖片。

課時建議：

1課時。

教學過程：

（一）導課：

1．由教材的單元頁人類使用工具的歷史過程導入。

2．提問：單元頁的內容說明了什麼？

（人類在生產生活過程中發明的工具提高了工作效率。）

結論：我們要學會怎樣才能省力。

（二）新課教學

◆活動1：拔圖釘比賽

談話：同學們，相信大家都拔過圖釘，但是怎樣拔更省力呢？現在就讓我們親身體驗一下吧。

1．提問：

①你能用幾種辦法拔出釘在木板上的圖釘？

②體驗使用機械和不使用機械的區別？

2．組織學生小組活動

提示：在此活動中要注意安全。要求學生活動時不能猛然用力撬圖釘，防止圖釘飛起刺傷眼睛。

活動：小組中確定一種最好的方法參加小組間的比賽。

3．討論與交流

談活動中的體會。

◆活動2：簡單機械的應用

1．讀圖回答問題。

教師：大家翻開書P2，看活動2的插圖，我們怎樣才能輕松省力的完成下面的任務？

學生活動。

教師提示：可以用連線的方法將用什麼工具去完成圖上的哪項任務連起來。

2．教師總結。

①撬油桶蓋的鋼板工作時是一種簡單機械叫杠桿。

②木棍和磨盤相結合的簡單機械叫輪軸。

③架在台階上的木板所形成的簡單機械叫斜面。

④繩子與樹干組合的簡單機械叫滑輪。

杠桿、斜面、滑輪、輪軸等都是常見的簡單機械。

3．討論

教師：根據老師剛才講的知識，請大家找一找P3插圖中人們在生活中利用了哪些簡單機械？

4．交流

將自己找到的簡單機械與同學交流。

★拓展活動：動物的省力「工具」

1．觀察課本插圖回答問題。

教師：請同學們看書上P3拓展活動插圖，說說動物身體上的哪些器官或結構具有省力的作用？

2．教師舉例總結。

①啄木鳥的喙相當於鑷子和鑿，屬於簡單機械中的杠桿和斜面，在取食等活動中更省力，提高工作效率。

②虎的齒和爪相當於鑿，屬於簡單機械中的斜面，在捕食、切斷食物等活動中很省力，也可提高工作效率。

⑦ 請給我講解杠桿原理

原理簡介
杠桿原理亦稱「杠桿平衡條件」。要使杠桿平衡，作用在杠桿上的兩個力（動力點、支點和阻力點）的大小跟它們的力臂或反比。動力×動力臂=阻力×阻力臂，用代數式表示為f•
l1=w•l2。式中，f表示動力，l1表示動力臂，w表示阻力，l2表示阻力臂。從上式可看出，欲使杠桿達到平衡，動力臂是阻力臂的幾倍，動力就是阻力的幾分之一。概念分析
在使用杠桿時，為了省力，就應該用動力臂比阻力臂長的杠桿；如欲省距離，就應該用動力臂比阻力臂短的杠桿。因此使用杠桿可以省力，也可以省距離。但是，要想省力，就必須多移動距離；要想少移動距離，就必須多費些力。要想又省力而又少移動距離，是不可能實現的。正是從這些公理出發，在「重心」理論的基礎上，阿基米德發現了杠桿原理，即「二重物平衡時，它們離支點的距離與重量成反比。
杠桿的支點不一定要在中間，滿足下列三個點的系統，基本上就是杠桿：支點、施力點、受力點。其中公式這樣寫：支點到受力點距離(力矩)
*
受力
=
只點到施力點距離(力臂)
*
施力，這樣就是一個杠桿。
杠桿也有省力杠桿跟費力的杠桿，兩者皆有但是功能表現不同。例如有一種用腳踩的打氣機，或是用手壓的榨汁機，就是省力杠桿
(力臂
>
力矩)；但是我們要壓下較大的距離，受力端只有較小的動作。另外有一種費力的杠桿。例如路邊的吊車，釣東西的鉤子在整個桿的尖端，尾端是支點、中間是油壓機
(力矩
>
力臂)，這就是費力的杠桿，但費力換來的就是中間的施力點只要動小距離，尖端的掛勾就會移動相當大的距離。
兩種杠桿都有用處，只是要用的地方要去評估是要省力或是省下動作范圍。另外有種東西叫做輪軸，也可以當作是一種杠桿的應用，不過表現尚可能有時要加上轉動的計算。
古希臘科學家阿基米德有這樣一句流傳千古的名言："假如給我一個支點，我就能把地球挪動!"這句話不僅是催人奮進的警句，更是有著嚴格的科學根據的

⑧ 關於杠桿原理的講解，越詳細越好！！

杠桿原理
杠桿是一種簡單機械；一根結實的棍子（最好不會彎又非常輕），就能當作一根杠桿了。上圖中，方形代表重物、圓形代表支持點、箭頭代表用力點，這樣，你看出來了吧？(圖1)中，在杠桿右邊向下用力，就可以把左方的重物抬起來了；在(圖2)中，在杠桿右邊向上用力，也能把重物抬起來；在(圖3)中，支點在左邊、重物在右邊，力點在中間，向上用力，也能把重物抬起來。
你注意到了嗎？在(圖1)中，支點在杠桿中間，物理學里，把這類杠桿叫做第一種杠桿；(圖2)是重點在中間，叫做第二種杠桿；(圖3)是力點在中間，叫做第三種杠桿。
第一種杠桿例如：剪刀、釘鎚、拔釘器……這種杠桿可能省力可能費力，也可能既不省力也不費力。這要看力點和支點的距離(圖1)：力點離支點愈遠則愈省力，愈近就愈費力；如果重點、力點距離支點一樣遠，就不省力也不費力，只是改變了用力的方向。
第二種杠桿例如：開瓶器、榨汁器、胡桃鉗……這種杠桿的力點一定比重點距離支點遠，所以永遠是省力的。
第三種杠桿例如：鑷子、烤肉夾子、筷子……
這種杠桿的力點一定比重點距離支點近，所以永遠是費力的。
如果我們分別用花剪（刀刃比較短）和洋裁剪刀（刀刃比較長）來剪紙板，花剪較省力但是費時；而洋裁剪則費力但是省時。

⑨ 機械運動中的桿杠原理具體怎麼解釋

簡單機械
凡能夠改變力的大小和方向的裝置，統稱「機械」。利用機械既可減輕體力勞動，又能提高工作效率。機械的種類繁多，而且比較復雜。根據伽利略的提示，人們曾嘗試將一切機械都分解為幾種簡單機械，實際上這是很困難的，通常是把以下幾種機械作為基礎來研究。例如，杠桿、滑輪、輪軸、齒輪、斜面、螺旋、劈等。前四種簡單機械是杠桿的變形，所以稱為「杠桿類簡單機械」。後三種是斜面的變形，故稱為「斜面類簡單機械」。不論使用哪一類簡單機械都必須遵循機械的一般規律——功的原理。
杠桿
用剛性材料製成的形狀是直的或彎曲的桿，在外力作用下能繞固定點或一定的軸線轉動的一種簡單機械。其上有支點（用O表示），動力（F）作用點，阻力（W）作用點，杠桿的固定轉軸就是通常所說的「支點」，從轉軸到動力作用線的垂直距離叫「動力臂」，從轉軸到阻力作用線的垂直距離叫「阻力臂」。上述就是通常所講的三點兩臂。由於杠桿上三點的位置不同，即產生不同的受力效果。
杠桿原理
亦稱「杠桿平衡條件[1]」。要使杠桿平衡，作用在杠桿上的兩個力（動力和阻力）的大小跟它們的力臂成反比。動力×動力臂=阻力×阻力臂，用代數式表示為 F1· L1=F2·L2 簡單機械
式中，F1表示動力，L1表示動力臂，F2表示阻力，L2表示阻力臂。從上式可看出，欲使杠桿達到平衡，動力臂是阻力臂的幾倍，動力就是阻力的幾分之一。在使用杠桿時，為了省力，就應該用動力臂比阻力臂長的杠桿；如欲省距離，就應該用動力臂比阻力臂短的杠桿。因此使用杠桿可以省力，也可以省距離。但是，要想省力，就必須多移動距離；要想少移動距離，就必須多費些力。要想又省力而又少移動距離，是不可能實現的。
動力
任何機械，不論是簡單的還是復雜的，在工作時，總要受到兩種力的作用：一種是推動機械的力叫作「動力」動力是使杠桿轉動的力。另一種是阻礙機械運動的力叫作「阻力」阻力是阻礙杠桿轉動的力。動力可以是人力，也可以是畜力、風力、電力、水力、蒸汽壓力等，阻力除了我們要克服的有用阻力之外，還有一些是不可避免的無用阻力。
作用線
通過力的作用點沿力的方向所引的直線，叫作「力的作用線」。
動力臂
從支點到力的作用線的垂直距離叫「力臂」。從支點到動力的作用線的垂直距離L1叫作「動力臂」；從支點到阻力的作用線的垂直距離L2叫作「阻力臂」。如果把從動力點到支點的棒長距離作為動力臂，或把從阻力點到支點的棒長距離作為阻力臂，這種認識是錯誤的。這是因為對動力臂和阻力臂的概念認識不清所致。
阻力臂
見動力臂條。
轉動軸
轉動是常見的一種運動。當物體轉動時，它的各點都做圓周運動，這些圓周的中心在同一直線上，這條直線叫做「轉動軸」。門、窗、砂輪、電動機的轉子等都有固定轉軸，只能發生轉動，而不能平動。幾個力作用在物體上，它們對物體的轉動作用決定於它們的力矩的代數和。若力矩的代數和等於零，物體將用原來的角速度做勻速轉動或保持靜止。
三類杠桿
對杠桿的分類一般是兩種方法。第一種是以支點、阻力點和動力點所處的位置來分的；另一種是按省力或費力來區分的。無論怎樣來劃分，總離不開省力、費力、不省力也不費力這幾種情況。 簡單機械
機械利益
表示機械省力程度的物理量。機械雖然絕對不能省功，但可以省力。使機械作功的力稱為「動力」（F），阻礙機械作功的力稱為「阻力」（P）。使用機械的目的，在於使用很小的動力而與阻力平衡。所謂機械利益（A），就是機械的有用阻力（P）跟動力（F） 小於1。 機械利益>1時，省力費時，凡省力的機械，其機械利益必大於1。例如，獨輪車、鉗子、起子、省力的杠桿等都是省力的機械。機械利益=1時，不省力，也不費力。例如物理天乎。機械利益<1時，費力省時，例如竹夾、火鉗等。機械利益是由實際測得的有用阻力和動力的大小所決定。由於機械潤滑情況的不同，在克服同樣的有用阻力時，亦有所不同。機械潤滑得不好，無用阻力大，需要動力也大，機械利益就小些；機械潤滑得好，無用阻力小，需要的動力也小，機械利益就大些。新生產出的機器需要磨合，汽車出廠要用上一段時間，目的是使其摩擦阻力減小。但機器陳舊，機件磨損，又會增加阻力。
杠桿的應用
不同類型杠桿各具有不同的特點和用途。掌握了杠桿原理，就可根據需要有意識地選用不同類型的杠桿來使用。應明確：省力杠桿省力但要多移動距離，費力杠桿費力但省距離，等臂杠桿不省力也不省距離，又省力又省距離的杠桿是沒有的。有的杠桿是否省力或省距離，不是永恆不變的。根據使用情況的不同，會由省力變為省距離。例如，用鐵鍬鏟土，往車上裝土的過程都會有所改變。鏟土時支點在動力點及阻力點之間，在裝土時動力點在支點與阻力點之間。為此，在使用杠桿時應注意幾點： 1.解答杠桿問題時，必須根據題意畫出示意圖，在圖上標出杠桿的支點、動力作用線和阻力作用線。同時用線段標明動力臂和阻力臂的大小，再根據杠桿平衡條件，列出方程，進行計算。 2.力臂是一個重要的概念。力臂是從支點到力的作用線的垂直距離，不要理解為力臂是從支點到力的作用點的長度。動力和阻力都是指作用在同一杠桿上的力，而不是作用在重物或其他物體上的力。 3.畫杠桿示意圖的方法： （1）畫出杠桿：用粗直線表示直杠桿，用變曲的粗線表示曲杠桿。 （2）在杠桿轉動時找出支點，並在支點旁用箭頭表示杠桿轉動的方向。 （3）根據轉動方向判斷動力、阻力的方向。動力、阻力的作用點應畫在杠桿上，可用力的示意圖表示。 （4）用虛線表示力的作用線的延長線和力臂。 4.杠桿的平衡條件，適用於任意一個平衡位置上，所謂杠桿的平衡是指杠桿靜止不轉動或勻速轉動。
桿秤
它是測量物體質量的量度工具，是以提紐為轉動軸，根據杠桿平衡原理製造的。桿秤主要由秤桿、秤砣、秤鉤（或秤盤）等構成。如圖1-23所示。G表示桿秤的重力，B點是它的重點，未掛重物時若將 A點即為桿秤的「定盤星」。在秤鉤上加物W後，將秤砣從A點移到A' 力G相對應的刻度A'的位置。桿秤是我國勞動人民所發明並使用已久的測量工具，舊秤以斤，兩為單位計量，目前以千克計量。
力矩
又叫「轉矩」，是表示力對物體作用時，使物體發生轉動或改變轉動狀態的物理量。力矩是矢量。力矩的大小等於力與從轉軸到力的作用線的垂直距離之乘積。如果物體所受的力不在垂直於轉軸O的平面內，就必須把力分解成兩個分力：一個分力與轉軸平行；另一個分力是在轉動的平面內。只有轉動平面內的分力才可能改變物體的轉動狀態。因此，在力矩等於力跟力臂乘積的計算中，應理解力是在它的作用點的轉動平面內的分力。如這一點在力的作用線上，則力矩為零。如果若干個力同時作用在一個物體上，則合力矩是所有分力矩的代數和。一個處於平衡的物體，順時針方向力矩的和等於逆時針方向力矩的和，在國際單位制中，力矩的單位是米·牛頓。其方向用右手螺旋法則決定。在中學階段，因為只研究有固定轉軸的物體的平衡，力矩就只有兩種轉向。規定物體逆時針轉動的力矩為正，使物體順時針轉動的力矩為負。力矩愈大，使物體轉動狀態發生改變的效果就愈明顯。用大小相同的力推門時，力的作用點離轉軸愈遠，且方向垂直於門，力臂愈大，則推門愈省力。
力偶
大小相等、方向相反，但作用線不在同一直線上的兩個力叫作「力偶」。用雙手攻螺紋或用手旋鑰匙、水龍頭時，所施加的作用常是力偶。它能使物體發生轉動，或改變其轉動狀態。汽車駕駛員雙手轉動轉向盤時所施加的一對力就是一個力偶。力偶的轉動效果決定於力偶矩的大小。力偶矩等於其中任何一個力的大小和兩力作用線之間的垂直距離（力偶臂）的乘積。如圖1-24所示。如果作用力F的方向跟AB垂直，AB的長度等於d，那麼這個力偶的力偶矩（M）為： M=±Fd。 式中Fd為力偶矩的大小，符號用來表示力偶的轉向。規定力偶逆時針轉向取「+」，反之取「-」（也可規定，力偶順時針轉向取「+」，那麼力偶逆時針轉向就取「-」）。應注意：力偶中力的方向不跟AB垂直時，應像力矩那樣分解成垂直分量，再進行計算。力偶的轉矩（即力偶矩）和所繞著轉動的點無關。由於力偶的合力為零，它不能使物體產生位移，只能使物體發生轉動或改變物體的轉動狀態。
力偶矩
簡稱為「力偶的力矩」，亦稱「力偶的轉矩」。力偶是兩個相等的平行力，它們的合力矩等於平行力中的一個力與平行力之間距離（稱力偶臂）的乘積，稱作「力偶矩」，力偶矩與轉動軸的位置無關。力偶矩是矢量，其方向和組成力偶的兩個力的方向間的關系，遵從右手螺旋法則。對於有固定軸的物體，在力偶的作用下，物體將繞固定軸轉動；沒有固定軸的物體，在力偶的作用下物體將繞通過質心的軸轉動。
力偶臂
力偶之兩個力之間的垂直距離。見力偶條圖1-24所示。
輪軸
是固定在同一根軸上的兩個半徑不同的輪子構成的杠桿類簡單機械。半徑較大者是輪，半徑較小的是軸。從形式上看是圓盤，但從實質上看起來只有它們的直徑或半徑起力學作用。用R表示輪半徑，也就是動力臂；r表示軸半徑，也就是阻力臂；O表示支點。當輪軸在作勻速轉動時，動力×輪半徑=阻力×軸半徑，所以輪和軸的半徑相差越大則越省力。上式動力用F表示，阻力用W表示，則可寫成FR=Wr。 即利用輪軸可以省力。若將重物掛在輪上則變成費力的輪軸，但它可省距離。輪軸的原理也可用機械功的原理來分析。輪軸每轉一周，動力功等於F×2πR，阻力功等於W×2πr。在不計無用阻力時，機械的 日常生活中常見的轆轤、絞盤、石磨、汽車的駕駛盤、手搖卷揚機等都是輪軸類機械。
滑輪
滑輪是屬於杠桿變形的一種簡單機械，是可以繞中心軸轉動的，周圍有槽的輪子。使用時，根據需要選擇。滑輪可分為定滑輪、動滑輪、滑輪組、差動滑輪等。有的省力，有的可以改變作用力的方向，但是都不能省功。
定滑輪
滑輪的軸固定不動，它實質上是一個等臂杠桿。動力臂和阻力臂都是滑輪的半徑r，根據杠桿原理Fr1=Wr2。它的機械利益為 變了動力的方向，如要把物體提到高處，本應用向上的力，如利用定滑輪，就可以改用向下的力，因而便於工作。
動滑輪
滑輪的軸和重物一起移動的滑輪。它實質上是一個動力臂二倍於阻力臂的杠桿。根據杠桿平衡的原理Wr=F·2r，它的機械利 改變用力的方向。其方向是與物體移動的方向一致。
滑輪組
動滑輪和定滑輪組合在一起叫「滑輪組」。因為動滑輪能夠省力，定滑輪能改變力的方向，若將幾個動滑輪和定滑輪搭配合並而成滑輪組，既可以改變力的大小，又能改變力的方向。普通的滑輪組是由數目相等的定滑輪和動滑輪組成的。而這些滑輪或者是上下相間地坐落在同一個輪架（或叫「輪轅」），或者是左右相鄰地裝在同一根軸心上。繩子的一端固定在上輪架上，即相當於系在一個固定的吊掛設備上，然後依次將繩子繞過每一個下面的動滑輪和上面的定滑輪。在繩子不受拘束的一端以F力拉之，被拉重物掛在活動的輪架上。對所有各段繩子可視為是互相平行的，當拉力與重物平衡時，則重物W必平均由每段繩子所承擔。若有n個定滑輪和n個動滑輪時， 且為勻速運動時，則所需之F力的大小仍和上面一樣。因此，在提升重物時才能省力。其傳動比乃為F∶W=1∶2n。注意，在使用滑輪組時，不能省功，只能省力，但省力是以多耗距離（即行程）為前題的。 前邊所分析的定滑輪、動滑輪以及滑輪組，都是在不計滑輪重力，滑輪與軸之間的摩擦阻力的情況下得出的結論。但在使用時，實際存在輪重和摩擦阻力，所以實際用的力要大些。
差動滑輪
即鏈式升降機，是一種用於起重的滑輪組。上面是由兩個直徑不同裝在同一個軸上的圓盤A、B組成的定滑輪。下面是一個動滑輪，用鐵索與上面的定滑輪聯結起來而成滑輪組。若大輪A的半徑是R，小輪B的半徑是r，如圖1-25所示。當動力F拉鏈條使大輪轉一周，動力F拉鏈條向下移動了2πR，大輪捲起鏈條2πR，此時小輪也轉動一周，並放下鏈條長2πr於是動滑輪和重物W上升的高度為 由於2R大於（R-r），差動滑輪的機械利益大於1，若提高機械利益，可加大兩輪的半徑同時縮小兩輪間的半徑差。這種機械，亦稱「葫蘆」，有手動，也有用電來驅動的。鏈條是閉合的，為防止滑輪和鏈條間的滑動，滑輪上有齒牙與鏈條配合運動。
斜面
簡單機械的一種，可用於克服垂直提升重物之困難。距離比和力比都取決於 簡單機械
傾角。如摩擦力很小，則可達到很高的效率。用F表示力，L表示斜面長，h表示斜面高，物重為G。不計無用阻力時，根據功的原理。得 FL=Gh。實驗證明，沿著光滑斜面向上拉重物數學要的拉力F小於重物的所受的重力G，即利用斜面可以省力，當斜面高度一定時，長度L不同的斜面所需的拉力也不同：L越長，F越小，越省力 傾角越小，斜面越長則越省力，但費距離。
螺旋
屬於斜面一類的簡單機械。例如螺旋千斤頂可將重物頂起，它是省力的機械。千斤頂是由一個陽螺旋桿在陰螺旋管里轉動上升而將重物頂起。根據功的原理，在動力F作用下將螺桿旋轉一周，F對螺旋做的功為F2πL。螺旋轉一周，重物被舉高一個螺距（即兩螺紋間豎直距離），螺旋對重物做的功是Gh。依據功的原理得 很小的力，就能將重物舉起。螺旋因摩擦力的緣故，效率很低。即使如此，其力比G/F仍很高，距離比由2πL/h確定。螺旋的用途一般可分緊固、傳力及傳動三類。
齒輪和齒輪組
兩個相互咬合的齒輪，在它們處於平衡狀態時，不省力，因為齒輪的實質是兩個等臂杠桿，所以咬合的齒輪不省力，只省圈數。
劈
亦稱「尖劈」，俗稱「楔子」。它是簡單機械之一，其截面是一個三角形（等腰三角形或直角三角形）。三角形的底稱作劈背，其他兩邊叫劈刃。施力F於劈背，則作用於被劈物體上的力由劈刃分解為兩部分，如圖1-26所示。P是加在劈上的阻力，如果忽略劈和物體之間的摩擦力，利用力的分解法，知P與劈的斜面垂直，P的作用可分成兩個分力：一個是與劈的運動方向垂直，它的大小等於P·cosα，對運動並無影響；另一個是與劈的運動方向相反的，它的大小等於P·sinα，對運動起阻礙作用。所以，當F=2P·sinα時劈才能前進，因而P與F大小之比等於劈面的長度和劈背的厚度之比，因此劈背愈薄，劈面愈長，就愈省力。劈的用途很多，可用來做切削工具，如刀、斧、刨、鑿、鏟等；可用它緊固物體，如鞋楦榫頭，斧柄等加楔子使之漲緊；還可用來起重，如修房時換柱起梁等。
功
是描述物體狀態改變過程的物理量，能量變化的量度。功的概念來源於日常生活中的「工作」一詞。在物理學中，它有特殊的含義。當物體在恆力F的作用下，力的作用點的位移是S時，這個功就等於力跟距離的乘積。對初中學生來說，只要明確「在力的作用下，物體沿力的方向通過了一段距離，那麼這個力就對物體做了功」，這是指物體在恆力作用下，沿力的方向作單向直線運動的情況，所以對功的計算可用公式W=FS。當物體在恆力作用下，作非單向直線運動，如豎直上拋運動、平拋運動、斜拋運動等等，物體受力方向和運動方向不一定是一致時，對功的理解應加深為「力對物體所做的功，等於力的大小、力的作用點的位移大小，力和位移間夾角的餘弦三者之乘積」即W=FScosα。式中W表示外力F對物體所做的功，S表示物體移動的路程，α表示F與S之間的夾角。根據公式研究力對物體做功的一些情況： 1.當α=0°時，W=FS，力對物體做正功； 2.當0°<α<90°時，1>cosα>0，則力F的有效分力Fcosα和物體的運動方向一致，力F對物體做正功； 3.當α=90°時，cosα=0，則W=0，此時力F對物體不做功； 4.當180°>α>90°時，-1<cosα<0，則W<0，即W為負值。在這種情況下F對物體做負功，也可說成物體克服阻力F做功； 5.當α=180°時，則W=-FS，這時力F對物體做負功，或者說成物體克服阻力F做功。 必須注意：在研究有關「功」的問題時，應分清有沒有做功，誰在做功。功是一個只有大小而沒有方向的物理量，它是標量而不是矢量。至於正功和負功，不過是區別外力對物體做功還是物體克服阻力做功，或用來表示力與路程同向還是反向，並不是功有方向性。 功是力對空間的累積效應。力對物體做功，使物體發生位置或運動狀態的改變，因而也就發生了機械能的改變。功即是反映在這一過程中，物體機械能改變多少的物理量。在力學中功的狹義概念僅指機械能轉換的量度；而在物理學中功的廣義概念指除熱傳遞外的一切能量轉換的量度。所以功也可定義為能量轉換的量度。一個系統總能量的變化，常以系統對外做功的多少來量度。能量可以是機械能、電能、熱能、化學能等各種形式，也可以多種形式的能量同時發生轉化。功的單位和能量單位一樣，在國際單位制中，都是焦耳。 計算變力做功是把運動的軌跡分成許許多多無限小的小段，在每個小段內，可以把力看作為恆力，按恆力做功的定義來計算在各個小段內所做的功，最後把各個小段的功加起來，就是變力做的功，即A=ΣFi·ΔSi，如果力和位移都是連續的，則可用積分法計算，
功的原理
亦稱「機械功的原理」。即動力對機械所做的功等於機械克服阻力所做的功。也就是說利用任何機械都不能省功。動力功W動，又稱輸入功或總功。阻力功W阻，包括克服有用阻力所做的W有用（又稱輸出功）和克服無用阻力所做的W無用（又稱損失功），即W動=W阻=W有用+W無用。也可寫成W輸入=W輸出+W損失。功的原理是機械的基本原理。要省力就要多移動距離，要少移動距離就要多用力，使用任何機械都不能省功。在機械做功過程中，只有在不存在無用阻力，機械本身作勻速運動的理想情況下，有用功才等於總功，效率為100%。事實上，必然存在無用阻力，效率一定小於100%，也就是說使用任何機械，在實際情況下總是費功的。應明確，只有在理想情況下，有用功才等於總功。
正功
作用力的方向和力的作用點的位移方向之夾角小於90°且大於或等於0°時（即α為銳角），根據公式作用力A做正功。當力F與位移S夾角α=0°時，W=FScos0°=FS，F做最大正功；0°<α<
負功
當作用力方向與力的作用點位移方向夾角大於90°且小於或等於180°時，這時cosα<0，根據公式功為負。力對物體作負功-A就代表受力作用的物體克服阻力作了正功A。這兩種說法描述的是同一物理過程。例如，空氣壓縮機中空氣對活塞作負功，也可以說成是活塞克服空氣的壓力作正功。又如，汽車緊急制動，車輪停止轉動，輪胎在地面上滑動，這時摩擦力對汽車作負功，反過來也可以說汽車克服摩擦力作正功。
功率
功跟完成這些功所用時間的比值叫做「功率」。最初定義功率為「單位時間里完成的功」，它是指做功快慢不變的情況，初中學生易於掌握。「功跟完成這些功所用時間的比值」這一定義功率，對於做功快慢不變的情況，既表示平均功率，又表示即時功率。對於做功快慢不均勻的情況，如時間取得長些，則為平均功率；時間趨於零，這一 率，只能表示機器在一段時間t內的平均功率。而由公式P=Fv計算出來的功率就有了不同的含義。若速度v代表平均速度，那麼P代表平均功率，如果v代表即時速度，那麼P就代表機器在某瞬時的即時功率。 公式中力是一個矢量，速度也是一個矢量，而功率卻是一個標量。 方法，一為「標積」；一為「矢積」。兩矢量的「標積」為一標量，其大小（к）為兩矢量的大小和兩矢量夾角的餘弦的乘積，用公式表示為 式P=Fv中，實際上P應為 矢量和 矢量的標積，即 所以得到的功率P應為一標量。 關於公式P=Fv，中F與v成反比的關系，應明確，不能脫離具體條件，防止得出謬誤的結果。因為機器的牽引力要受速度的限制，又受機器的構造、運轉條件等限制，任何機器在設計製造時，已規定了它的正常功率和最大作用力。超過最大作用力范圍，牽引力和速度成反比這一關系就不能適用。另一方面也不能使機器的牽引力趨近於零，而使機器的速度無限制地增加。因為任何機器在工作時要受到阻力作用，阻力還與機器運轉的速度有關。即使在沒有負載的情況下，機件間的摩擦阻力仍然存在。為維持機器的運轉，發動機的牽引力不能小於它所受的阻力。因而它的速度也不能無限增加。因此，任何機械在有一定的最大輸出功率的同時，還具有一定的最大速度和最大作用力。 功率的常用單位是瓦特（焦耳/秒），簡稱瓦，單位符號W。瓦特這個單位較小，技術上常用千瓦做功率的單位。過去還有爾格/秒、牛頓·米/秒、千克力·米/秒。 間t內的平均功率。當物體受恆力作用時也可表示為P=F 。式中 表示某段時間的平均速度。平均功率隨所取的時間不同而不同，因此在談到平均功率時，一定要指出是哪一段時間內的平均功率。參閱功率條。
即時功率
即「瞬時功率」，簡稱功率。描述機械在某一瞬間作 物體運動即時速度的乘積。作平均速度時，P當然代表平均功率，如果作即時速度，那麼P就代表機械在某瞬時的即時功率。當作勻速運動時，即時功率和平均功率相同 杠桿概念：當動力點離支點的距離小於阻力點離支點的距離時，省力。 當動力點離支點的距離大於阻力點離支點的距離時，費力。 當動力點離支點的距離等於阻力點離支點的距離時，不省力也不費力。
編輯本段分類法
第一種分類法
第一類杠桿：是動力F和有用阻力W分別在支點的兩邊。這類杠桿 不省力也不費力。例如，剪金屬片用的剪刀，刀口很短，它的機械利益遠大於1 。這是因為金屬板很硬，刀口短，刀把長，即動力臂大於阻力臂，可以少用力。屬於這種情況的杠桿還有克絲鉗等。家庭裁衣剪布用的剪刀，把與刃基本是等長的，即動力臂等於阻力臂，屬於不省力也不費力的類型。因為布的厚度較薄，不需太大的力，剪布要直故刀口要長些，為此用力不大，布剪的也直。屬於這種類型的還有物理天平。又如理發用的剪刀，刀口很長，即動力臂小於阻力臂，它的機械利益小於1。這是因為剪發本來不需要多大的力，刀口長一些，能夠剪得快一些和齊一些。 第二類杠桿：是支點和動力點分別在有用阻力點的兩邊。這類杠桿的動力臂大於阻力臂，其機械利益總是大於1，所以總是省力的。例如，用鍘刀鍘草、獨輪車等都是這類杠桿。 第三類杠桿：是支點和有用阻力點分別在動力點的兩邊，這類杠桿的動力臂小於阻力臂，其機械利益總是小於1，所以總是費力的。例如，縫紉機的腳踏板、夾食品的竹夾子都屬於這類杠桿。
第二種分類法
第一類杠桿：是省力的杠桿，即動力臂大於阻力臂。例如，羊角錘、木工鉗、獨輪車、汽水板子、鍘刀等等。 第二類杠桿：是費力的杠桿，即動力臂小於阻力臂。如鑷子、釣魚桿、理發用的剪刀。 第三類杠桿：不省力也不費力的杠桿，即動力臂等於阻力臂。其機械利益等於1。如夭平、定滑輪等。