沪科版八年级物理全一册10.1科学探究：杠杆的平衡条件教案

10.1 科学探究：杠杆的平衡条件 第 1 课时 认识杠杆和杠杆的平衡条件 教学目标 【知识与能力】 1．知道什么是杠杆，能从常见工具中辨认出杠杆。 2．能够辨认出支点，动力、阻力，会确定动力臂、阻力臂。 3．通过观察与实验，探究并理解杠杆的平衡条件，并能进行简单计算。 教学重难点 【教学重点】 杠杆平衡条件，经历探究杠杆平衡条件的过程并运用它分析有关问题。 【教学难点】 力臂的概念和画法。 课前准备 羊角锤、铁架台、钩码、细绳、等分刻度的均质木尺、多媒体课件等。 教学过程 一、新课引入 多媒体展示：如图所示，古埃及人建造金字塔时利用简单机械搬动巨大石块，我国古代 利用桔槔在井上汲水，在现代建筑工地上，人们利用挖土机、起重机、吊车、钳子等工具进 行劳动，让学生找出它们的共同特点。通过这些实例，有效地引起学生的注意，从而导入新 课。 二、新课教学 探究点一 杠杆 观察下图中物体的工作特点，请学生回答。 学生交流讨论得出：(1)硬；(2)在力的作用下绕某一点转动。 演示：用长木板绕固定点转动撬一重物。 说明物体只要是硬的就行，跟形状无关。同时边说边板书课题。 1．定义：一根硬棒在力的作用下如果能绕固定点转动，这根硬棒就叫杠杆。 让学生再举一些杠杆的实例(如活塞式抽水机、跷跷板)以巩固对定义的理解。 2．杠杆的五要素。 支点：杠杆绕着转动的点，用字母 O 表示。 动力：使杠杆转动的力，用字母 F1 表示。 阻力：阻碍杠杆转动的力，用字母 F2 表示。 那么要产生同样的效果，施加力的大小、方向是否一样呢？ 让学生按下图分别操作。 (1)分别按图甲三个位置沿图示方向向下施力使杠杆静止。 提问：三次施加力的大小是否一样？ 答：不一样(大小关系能回答出来)。 这说明要使杠杆保持这种状态，力的大小跟什么有关？ 学生可能会回答跟作用点和支点的远近有关，且距离越大，力越大。 (2)老师不加解释，再让学生按图乙所示施加力使杠杆保持静止，学生会发现虽然作用 点相同，即作用点和支点的远近相等但力的大小却不同，且 F1>F2，问：那跟什么有关呢？ 学生无法解释(必然产生强烈的求知欲)，这时出示课上练习纸让学生在图上画出过支点 O 作沿 F1、F2 方向的直线的垂线段(这一点有些学生的准备知识可能不足，老师可先观察， 若学生画得很好，老师就略画一下，若不行，老师就得详细示范给学生看)并标上 l1、l2。 问：l1、l2 哪个大？F1、F2 哪个大？ 老师再来解释要使杠杆保持静止状态，力的大小不是跟支点到力的作用点的距离有关， 而是跟支点到刚才的直线的距离有关，我们把沿力的方向所画的直线叫力的作用线，过支点 到力的作用线的距离叫力臂。 动力臂：支点到动力作用线的距离，用字母 l1 表示。 阻力臂：支点到阻力作用线的距离，用字母 l2 表示。 老师在黑板上画出跷跷板的示意图，并示范画出杠杆的五要素。 3．请同学们画出下图的力臂。 教师巡回指导，注意发现比较典型的错误，反馈点拨。 教师归纳总结：画力臂的步骤： (1)确定支点； (2)确定力的作用线； (3)过支点到力的作用线作垂线； (4)标垂足，定力臂。 探究点二 杠杆的平衡条件 我们把刚才杠杆所处的状态叫杠杆的平衡，所谓杠杆的平衡就是杠杆处于静止状态或匀 速转动状态，那么杠杆的平衡跟哪些因素有关呢？ 探究：杠杆的平衡条件。 1．猜想： 2．设计实验： 3．进行实验： (1)把杠杆用细线挂在铁架台上，调节两端的平衡螺母，使杠杆不挂钩码时在水平位置 平衡(便于测量力臂)。 (2)给杠杆两端挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆平衡。这时杠杆两端受 到的作用力等于各自钩码的重力。把支点右边的钩码重量当作动力 F1，支点左边的钩码重量 当作阻力 F2；量出杠杆平衡时的动力臂 l1 和阻力臂 l2；把数值填入表中。 (3)改变力和力臂的数值，再做两次实验。 实验 次数 动力 F1/N 动力臂 l1/m 阻力 F2/N 阻力臂 l2/m 1 2 3 4.交流与合作，得出结论：根据表中的数据进行分析，例如可以对它们进行加、减、乘、 除等运算，找出它们之间的关系。对于开始提出的问题，你能得出什么？ 杠杆的平衡条件(杠杆原理)： 动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即 F1l1＝F2l2。 用比例式表示F1 F2 ＝l2 l1 ，它的含义是如果动力臂是阻力臂的几倍，那么动力就是阻力的几 分之一。 三、板书设计 第一节 科学探究：杠杆的平衡条件 第 1 课时 认识杠杆和杠杆的平衡条件 一、杠杆的定义 在力的作用下能够绕固定点转动的硬棒。 二、杠杆的五要素： 1．支点：杠杆绕着转动的点。 2．动力：使杠杆转动的力。 3．阻力：阻碍杠杆转动的力。 4．动力臂：从支点到动力作用线的距离。 5．阻力臂：从支点到阻力作用线的距离。 三、杠杆的平衡 当杠杆在动力和阻力作用下静止(或匀速转动)时，我们就说杠杆平衡了。 四、杠杆的平衡条件 动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即 F1l1＝F2l2 或F1 F2 ＝l2 l1 。 四、教学反思 杠杆在生活和生产中有着广泛的应用，学好这部分知识具有重要的实际意义。杠杆是一 种重要的简单机械，也是学习滑轮、轮轴等其他一些简单机械的基础。大部分学生对生活中 的杠杆比较熟悉，也很感兴趣；但对杠杆的“五要素”及杠杆的平衡条件，还不清楚。通过 本节课的学习，可以把学生的感性经验上升为理性认识。另外，让学生亲自经历探究杠杆平 衡条件的全过程，有利于培养学生科学探究的能力。 第 2 课时 杠杆平衡条件的应用 教学目标 【知识与能力】 1．会对杠杆分类，并能根据实际需求选择合适的杠杆。 2．会画杠杆的示意图。 教学重难点 【教学重点】 杠杆的分类。 【教学难点】 力臂画法和杠杆的分类。 课前准备 多媒体课件等。 教学过程 一、新课引入 我们先来听一个小故事：“只要您让我有一个地方站着，我就可以把地球推动起来。”古 希腊大数学家阿基米德对国王说。“哈哈！你太吹牛了！”国王大笑着说：“你先给我推动一 样东西看看，看你讲的话怎么样。”当时，国王造了一只很大的船，可是没有办法推到水里 去。即使把全城的人都集合起来，恐怕也不能推动。国王对阿基米德说：“那么，就请你来 帮忙吧，把这条船推动到水里去吧，我的吹牛家！”阿基米德满口答应。他精心设计了一套 复杂的杠杆和滑轮组合成的机械，末端留了一条拉绳，然后请国王来看表演。这一天，海边 人山人海。那艘大船，长十几丈，高几层楼，确实是一个庞然大物。阿基米德将那一条小绳 交给了国王，说：“请你拉一下吧，一切都解决了。”国王半信半疑，手里拿着绳子，先看了 看，然后这么轻轻一拉。奇迹出现了：大船移动起来，渐渐地向海里滑去就像耍魔术一样。 国王瞪大了眼睛，张着嘴半天才说：“这，这是怎么回事，莫非有上帝在相助？”顿时，岸 上爆发出一阵欢呼声。在这个小故事里，聪明的阿基米德巧妙地运用了杠杆，今天我们就来 学习杠杆的应用。 二、新课教学 探究点 杠杆的类别及应用 多媒体展示：动画 1：跷跷板。 从幼儿园放学后的小明、小伟和大勇正在玩跷跷板，他们三人一起站在跷跷板上，站在 同一边的小明、小伟一下子将大勇翘了起来，大勇怎样才能将他们两人翘起来呢？ 对，大勇迅速滑向跷跷板的外端，也就是增加大勇的力臂，这样大勇一个人就可以将他 们两个人翘起来。对于大勇，跷跷板这时候就是一个省力杠杆。 这时小明、小伟怎样才能将大勇再次翘起来？坐在哪里才能使跷跷板平衡？他们可以像 大勇一样，通过增加力臂的方法，滑向跷跷板的外端；还可以再加上一个人，通过三个人的 力量将大勇翘起来。对于他们三人，跷跷板这时候就是一个费力杠杆。 通过上面的动画，可知，杠杆可以分为省力杠杆、费力杠杆，另外还有一种等臂杠杆。 1．省力杠杆。 请同学们看多媒体：动画 2：压水机压水，压水机的手柄杠杆示意图。 请同学们根据杠杆示意图发现它有什么特点？再根据杠杆平衡条件判断一下。 归纳总结：省力杠杆：动力臂大于阻力臂，动力小于阻力，省力但费距离。 请同学们回答在日常生活中有哪些省力杠杆？ 出示省力杠杆如：铡刀(图)、瓶盖起子(图)、独轮车(图)。 讨论：阿基米德运用了发散性思维设想如果动力臂“无限长”，就可以承受“无限大” 的阻力，于是沉重的东西都可“撬动”起来。但是如果阿基米德把地球撬起 1 10000 毫米那么 一点的话，他就将在空中划过一个很大很大的弧，一辈子也走不到头。 2．费力杠杆。 请同学们看多媒体：动画 3：铁锹挖土。 请同学们根据杠杆示意图发现它有什么特点？再根据杠杆平衡条件判断一下。 归纳总结：费力杠杆：动力臂小于阻力臂，动力大于阻力，费力但省距离。 请同学们回答在日常生活中有哪些费力杠杆？ 筷子、镊子等。 简介筷子：筷子，被外国人誉为“东方的文明”。是中华民族的国粹。它的使用，标志 着中华民族文明的进步。美国哈佛大学一位人类学家认为，中国最古老的筷子的出现，大约 是在公元前 1200 多年以前，比西方人使用刀叉要早几百年。 3．等臂杠杆。 请同学们看多媒体：动画 4：天平。 特点：动力臂等于阻力臂，动力等于阻力。 等臂杠杆最重要的应用是天平。天平是支点在中间的等臂杠杆，如图所示。 多媒体展示：人体内许多地方的骨骼、关节构成的杠杆。 教师结合一些具体的动作(例如举、拿、抬、踢等)来讲解这些杠杆是如何工作的。 教师归纳总结： 种类 条件 好处 代价 实例 省力杠杆 动力臂大于阻力臂 省力 费距离 老虎钳 费力杠杆 动力臂小于阻力臂 省距离 费力 镊子、筷子 等臂杠杆 动力臂等于阻力臂 相等 力和距离两者都不省也都不 费 天平 三、板书设计 第 2 课时 杠杆平衡条件的应用 杠杆类型 杠杆特点 杠杆优点 杠杆缺点 省力杠杆 l1＞l2，F1＜F2 省力 费距离 费力杠杆 l1＜l2，F1＞F2 省距离 费力 等臂杠杆 l1＝l2，F1＝F2 既不省力也不省距离 四、教学反思 通过本节课的学习，领悟到杠杆的理论知识来源于实践，反过来又指导实践；并且知道 杠杆在我国古代就有了许多巧妙地应用，大约在三千多年前就有用来捣谷的舂，用来井上汲 水的桔槔，还有能够做精确称量的天平和杆秤。在古书《墨经》就有记载，这样的记载在世 界物理学史上都是非常有价值的，同学们应该为我国这样悠久的文化历史感到自豪。