§12.1杠桿（二） 探究杠桿的平衡條件.doc

12.1杠桿（二） 探究杠桿的平衡條件1、教學(xué)目標知識與技能知道什么是杠桿，能根據(jù)實物畫出杠桿的示意圖。實驗探究杠桿的平衡條件，會利用杠桿平衡條件解決一些簡單的問題。過程與方法通過實驗，探究杠桿的平衡條件，初步領(lǐng)會從具體到抽象的方法。情感態(tài)度與價值觀通過了解杠桿在實際中的應(yīng)用，體會到物理知識是有用的，培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的興趣。2、教材說明本節(jié)主要內(nèi)容有：回顧杠桿定義及其五要素，探究杠桿的平衡條件。杠桿在生活和生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，學(xué)好這部分知識具有重要的實際意義。杠桿是一種重要的簡單機械，也是學(xué)習(xí)滑輪、輪軸等其他一些簡單機械的基礎(chǔ)。大部分學(xué)生對生活中的杠桿比較熟悉，也很感興趣；但對杠桿的“五要素”及杠桿的平衡條件，還不清楚。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，可以把學(xué)生的感性經(jīng)驗上升為理性認識。另外，讓學(xué)生親自經(jīng)歷探究杠桿平衡條件的全過程，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力。本節(jié)教材基本上是按照“具體抽象具體”的思路編寫的。教材從學(xué)生熟悉的生活實際“蹺蹺板”開始，提出問題，讓學(xué)生開放地思考，找出最有價值的探究課題：怎樣才能使蹺蹺板成水平平衡狀態(tài)？然后，引導(dǎo)學(xué)生對“蹺蹺板”進行簡化，利用木尺和鉤碼分別代替蹺蹺板和人進行探究，通過分析論證得出：木尺的水平平衡由兩邊力的大小和兩力到支點的距離兩個因素決定。在此基礎(chǔ)上引出杠桿的概念，并介紹支點、力臂、平衡等名詞。緊接著引導(dǎo)學(xué)生把實驗探究得出的初步結(jié)論，升華為科學(xué)規(guī)律杠桿的平衡條件。然后通過“例題”鞏固探究所得的結(jié)論，從理性上認識蹺蹺板的奧秘。接著讓學(xué)生根據(jù)杠桿平衡條件討論：什么樣的杠桿能省力？什么樣的杠桿費力？什么樣的杠桿既不省力又不費力？再通過“活動”認識生活中形形色色的杠桿是如何工作的，工作時有什么特點。最后，介紹人體和高新科技中的杠桿，讓學(xué)生既感到好奇，又能認識到杠桿應(yīng)用的廣泛性。本節(jié)教學(xué)重點：杠桿平衡條件是人們分析、計算杠桿問題的理論依據(jù)，也是研究其他各種簡單機械的基礎(chǔ)，所以經(jīng)歷探究杠桿平衡條件的過程并運用它分析有關(guān)問題是本節(jié)的重點。本節(jié)教學(xué)難點：很多學(xué)生盡管能正確說出力臂的定義，但遇到實際問題時仍把支點到動力或阻力作用點的距離作為力臂，所以力臂的概念及其畫法是本節(jié)的難點。3、教學(xué)建議可以利用多媒體創(chuàng)設(shè)情景，引入課題。如用多媒體展示：古埃及人建造金字塔時利用簡單機械搬動巨大石塊，我國古代利用桔槔在井上汲水，在現(xiàn)代建筑工地上，人們利用挖土機、起重機、吊車、鉗子等工具進行勞動讓學(xué)生找出它們的共同特點。通過這些實例，有效的引起學(xué)生的注意，從而導(dǎo)入新課。也可以通過小實驗引入。例如自制“蠟燭蹺蹺板”：把蠟燭底端的蠟刮掉一些，讓它像頂端一樣露出燭芯。把縫衣針從蠟燭中部穿過，露出的針頭、針尾架在兩只杯子的邊緣上。用薄鐵皮（或塑料板）剪成兩個小人兒，用腿間的尖頭插立在蠟燭上，兩個小人兒的位置到縫衣針的距離相等。調(diào)試蠟燭，使它平衡。這就做成了一個蠟燭蹺蹺板。點燃蠟燭兩頭，熔化的蠟就會一滴一滴地不斷滴下來。滴下蠟油的一端會向上翹一些，蠟燭兩端會交替上下晃動，跟蹺蹺板一樣。這個實驗?zāi)軜O大地激發(fā)學(xué)生的興趣，誘導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生探究的動機。還可以通過小游戲引入，例如進行“拔釘比賽”。出示兩個相同的鐵釘和木板，教師用羊角錘把鐵釘釘入木板。邀請男、女兩個學(xué)生上講臺來，男同學(xué)試著用手拔釘子（提醒學(xué)生注意安全，別弄傷了手），女同學(xué)用羊角錘拔釘子，結(jié)果女生贏了。女生為什么會取勝？這個工具起什么作用？這節(jié)課就來學(xué)習(xí)這方面的內(nèi)容。探究蹺蹺板中的道理（1）提出問題通過閱讀教材中的插圖，學(xué)生可能會提出很多他們認為值得探究的問題，例如：蹺蹺板為什么能上下轉(zhuǎn)動？蹺蹺板為什么能平衡？蹺蹺板受到哪些力的作用？等等。有些問題比較簡單，學(xué)生經(jīng)過討論可自行解決，或者教師直接告訴學(xué)生答案。最后把問題鎖定在：怎樣才能使蹺蹺板保持水平平衡狀態(tài)？(1) 提出問題:杠桿滿足什么條件才能水平?（2） 設(shè)計方案師生通過進一步討論交流，可以得出：蹺蹺板中間有一個固定的轉(zhuǎn)動軸，男生、女生分別給蹺蹺板一個向下的力，調(diào)整兩人到轉(zhuǎn)動軸的距離，當兩人到轉(zhuǎn)動軸的距離和兩力的大小滿足一定條件時，蹺蹺板就能處于水平狀態(tài)。(1)猜想與假設(shè):讓學(xué)生充分猜想,同時用橡皮、小刀、直尺、硬幣等物示意給學(xué)生看,什么叫杠桿的平衡.學(xué)生猜想如下:F1+L1=F2+L2,=,F1-L1=F2-L2,F1L1=F2L2.教師帶領(lǐng)學(xué)生分析以上猜想,甄別那些明顯錯誤的猜想,如F1+L1=F2+L2,F1-L1=F2-L2,力和力臂單位不一樣是不能加減的.將學(xué)生分成兩部分分別探究=,F1L1=F2L2.(2)制訂計劃與設(shè)計實驗設(shè)計實驗方案:(引導(dǎo)學(xué)生討論,實驗裝置中力的大小、力臂的大小最好能隨時知道.實驗探究前,應(yīng)讓學(xué)生充分討論他們的探究方案.)實驗?zāi)康?探究杠桿的平衡條件.實驗器材:杠桿、鐵架臺、鉤碼.實驗步驟:把杠桿的中點支在鐵架臺上,調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母,使杠桿在水平位置平衡.為什么要求杠桿靜止時,在水平位置呢?(因為這樣力臂的數(shù)值在杠桿上就能直接讀出或量出.) 調(diào)節(jié)杠桿平衡的方法:左沉右旋,右沉左旋.在杠桿兩邊掛適當鉤碼,并移動鉤碼位置,使杠桿在水平位置再次平衡,計算兩力的大小,并讀出兩力臂的值,將力和力臂的數(shù)值填入表中.(重復(fù)3次)(3)進行實驗與收集證據(jù).實驗次數(shù)F1/NL1/cmF2/NL2/cm123分析判斷:在分析判斷過程中有可能出現(xiàn)F1+L1=F2+L2的結(jié)論,要求學(xué)生認真分析數(shù)據(jù),找到出錯的原因,為以后的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ).(4)討論、交流、合作.你的實驗結(jié)論與你的假設(shè)一致嗎?你的結(jié)論是什么?(6)得出結(jié)論:杠桿的平衡條件是:動力動力臂=阻力阻力臂 (F1L1=F2L2)知識拓展正確理解杠桿的平衡條件:(1)研究杠桿平衡條件的實驗是杠桿在水平位置平衡進行的,但是在實際生產(chǎn)和生活中,這樣的平衡是不多的,在很多情況下,杠桿是傾斜靜止的,這是因為杠桿受到了幾個力作用而平衡,所以說杠桿不論處于怎樣的靜止,都可以理解成平衡狀態(tài).(2)從動力動力臂=阻力阻力臂,可知,力和力臂的大小成反比,即力臂越長,力就越小.(3)利用杠桿平衡條件進行計算時,單位要統(tǒng)一,動力和阻力的單位要統(tǒng)一,動力臂和阻力臂的單位要統(tǒng)為了用實驗研究上述問題，可以對它進行簡化，用帶有等分刻度的均勻木尺代替蹺蹺板、用鉤碼代替人進行實驗，使學(xué)生領(lǐng)會到，對實際物體（研究對象）進行簡化、抽象后，便于問題的研究和解決。（3）進行實驗學(xué)生按照教材上的方法進行實驗操作，把測得的實驗數(shù)據(jù)填入教材表格中。教師提醒學(xué)生要把懸掛點選在木尺的中心處，使用前要調(diào)節(jié)木尺平衡，鉤碼對木尺拉力的大小就等于鉤碼的重量，注意測準鉤碼的重量和鉤碼到O點的距離。要多次改變所掛鉤碼的個數(shù)和它在木尺上的位置，多測幾組數(shù)據(jù)。（4）分析和論證老師可提出下面的問題讓學(xué)生思考討論：根據(jù)你的實驗分析，木尺水平平衡由哪些因素決定？分析你的實驗數(shù)據(jù)，看看在什么條件下，木尺才能平衡？通過實驗和討論，學(xué)生會認識到木尺水平平衡由兩邊力的大小和兩力到支點的距離兩個因素決定。在此基礎(chǔ)上再給出杠桿、動力、阻力、支點、力臂的概念，學(xué)生就容易理解了。圖6-19介紹動力、動力臂、阻力和阻力臂的概念時,要向?qū)W生指出：動力和阻力是相對的，要視具體情況而定。通常情況下，使杠桿繞軸轉(zhuǎn)動的力為動力；而阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力為阻力。動力和阻力是杠桿受到的力，是其他物體作用在杠桿上的力，不要把杠杠作用給別的物體的力誤認為是杠桿受到的力。無論是動力臂還是阻力臂，都是從支點到力的作用線的距離，而不是支點到力的作用點的距離。為了加深對力臂的理解，可讓學(xué)生做下面的實驗，如圖6-19所示。沿a、b兩個不同方向用力拉彈簧測力計，使杠桿平衡。觀察兩次的拉力是否相同，想想為什么？ 明確了動力、阻力、力臂的概念，然后再讓學(xué)生分析表中收集的實驗數(shù)據(jù)，找出動力、動力臂、阻力和阻力臂之間的數(shù)量關(guān)系，即可得出杠桿的平衡條件：動力動力臂阻力阻力臂，即F1L1F2L2或。得出杠桿平衡條件后，可以組織學(xué)生討論：為什么用較小的力可以撬起大石頭？為什么蹺蹺板上大人也會被小孩蹺起來？“例題”的目的：一是讓學(xué)生學(xué)習(xí)運用杠桿的平衡條件分析問題，二是讓學(xué)生從理性上認識蹺蹺板的奧秘。同時，提醒學(xué)生注意解題的格式，養(yǎng)成良好的解題習(xí)慣。關(guān)于“討論”中涉及的兩個問題，首先要讓學(xué)生明確“省力”指的是F1F2，“費力”指的是F1F2，再根據(jù)杠桿平衡條件F1L1F2L2讓學(xué)生討論得出：當L1L2時，F(xiàn)1F2，為省力杠桿；當L1L2時，F(xiàn)1F2，為費力杠桿；當L1L2時，F(xiàn)1F2，為等臂杠桿，杠桿不省力，也不費力。在“活動2認識生活中的杠桿”中，教材展示了學(xué)生熟悉的6幅圖，指出生活中有許多不同形式的杠桿。通過活動，要讓學(xué)生認識到它們實質(zhì)上都屬于杠桿，并讓學(xué)生指出各個杠桿支點的位置、動力作用點和阻力作用點的位置。在確定杠桿的支點時，可以設(shè)想讓杠桿轉(zhuǎn)動起來，在動的過程中，便可確定杠桿繞著轉(zhuǎn)動的點支點。畫力臂是教學(xué)的難點，要讓學(xué)生明確：力臂是從支點到力的作用線的距離，而不是從支點到力的作用點的距離。畫力臂的一般步驟是:（1）確定支點，（2）畫力的作用線（過F1、F2的直線），（3）從支點向力的作用線作垂線，垂足在力的作用線上，（4）標出力臂?？珊営洖椤耙徽尹c，二畫線，三作垂線段，四標力臂”。除了畫教材上所給的幾個杠桿的支點和力臂外，教師還可以通過圖片展示一些生活中常見的杠桿類器具，讓學(xué)生鞏固力臂的畫法，多做幾個練習(xí)，進一步理解力臂的含義。圖6-20可供參考。圖6-20人體內(nèi)許多地方的骨骼、關(guān)節(jié)也構(gòu)成杠桿，學(xué)生對此感到很好奇。教師可以聯(lián)系生物課、體育課所學(xué)的知識進行學(xué)科滲透，再結(jié)合一些具體的動作（例如舉、拿、抬、踢等）來體會這些杠桿是如何工作的。“機械手”體現(xiàn)了簡單機械與高新技術(shù)的結(jié)合，最好配合幻燈片或多媒體動畫進行介紹。通過對教材圖642以及其他各種杠桿類工具的抽象、概括，應(yīng)使學(xué)生體會到“杠桿”是一個物理模型，通過對物理模型的探究所得到的規(guī)律，可以應(yīng)用到各類實際的杠桿類器具中去，這也體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會”的新課程理念。最后還可以向?qū)W生介紹日常生活中常用的案秤、桿秤，并對照實物認識案秤與桿秤的結(jié)構(gòu)，明確它們的制作原理，了解它們的使用方法。L2L1圖6-21圖6-224教學(xué)評價課堂測評1生活和生產(chǎn)中有許多不同類型的杠桿，如圖6-23所示的托盤天平屬于 杠桿，縫紉機踏腳板屬于 杠桿，鍘刀屬于 杠桿。圖6-232如圖6-24所示是一種拉桿式旅行箱的示意圖，它相當于一個 （填“省”或“費”）力杠桿；若箱和物品共重100N，動力臂是阻力臂的5倍，則抬起拉桿的力至少為 N。圖6-243某同學(xué)分別用如圖6-25所示的甲、乙兩種方法挑著同一物體行走，甲圖中手施的動力 乙圖中手施加的動力。（選填“大于”、“等于”或“小于”）圖6-254 如圖所示，屬于費力杠桿的是（ ）A開啤酒瓶蓋的開瓶器 B剝核桃殼的核桃鉗C釣魚者手中的魚桿 D撬釘子的釘錘5如圖6-27所示，質(zhì)量可忽略的杠桿上所標的每一格長度都是相等的，O為支點，杠桿兩邊所掛的每一個鉤碼均相同，杠桿在水平位置平衡。在下列情況下，杠桿仍在水平位置保持平衡的是（ ）A兩邊都減少一個鉤碼B兩邊的鉤碼下各加掛一個相同的鉤碼C左邊鉤碼向右移一格，右邊鉤碼同時向左移一格D右邊鉤碼下加掛一個相同的鉤碼，左邊鉤碼同時向左移一格6如圖6-28所示，用一細線懸掛一根粗細均勻的輕質(zhì)細麥桔桿，使其靜止在水平方向上，O為麥桔桿的中點。這時有兩只大肚皮的螞蟻同時從O點分別向著麥桔桿的兩端勻速爬行，在螞蟻爬行的過程中麥桔桿在水平方向始終保持平衡，則（ ） A兩螞蟻的質(zhì)量一定相等B兩螞蟻的爬行速度大小一定相等C兩螞蟻的質(zhì)量與爬行速度大小的乘積一定相等D兩螞蟻對麥桔桿的壓力一定相等7在“探究杠桿平衡條件”的實驗中，應(yīng)先調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在 位置平衡，這樣做是為了便于測量 ；如發(fā)現(xiàn)杠桿左端偏高，則可將右端的平衡螺母向 調(diào)節(jié)，或?qū)⒆蠖说钠胶饴菽赶?調(diào)節(jié)。圖6-29是小明同學(xué)三次實驗的情景，實驗時所用的每個鉤碼重0.5N，杠桿上每一格長5cm，部分實驗數(shù)據(jù)已記錄在下表中。圖6-29實驗次數(shù)動力F1/N動力臂L1/cm阻力F2/N阻力臂L2/cm11.510121201031201.510(1)請將表格中的實驗數(shù)據(jù)補充完整。(2)小明的第3次實驗存在錯誤，其錯誤是 。8小明在學(xué)校參加植樹活動時，使用如圖6-30所示的鋼絲鉗剪鐵絲固定小樹苗。(1)他使用的鉗子是省力杠桿還是費力杠桿？(2)在圖中畫出動力F1的力臂L1和作用在這根杠桿上的阻力F2。(3)剪鐵絲時動力臂長為10cm，阻力臂長為2cm，若鐵絲被剪斷需要1000N的力，小明至少用多大的力才