§12.1杠桿(二)探究杠桿的平衡條件

1、§12.1 杠桿（二） 探究杠桿的平衡條件1、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能知道什么是杠桿，能根據(jù)實(shí)物畫出杠桿的示意圖。實(shí)驗(yàn)探究杠桿的平衡條件，會(huì)利用杠桿平衡條件解決一些簡(jiǎn)單的問題。過程與方法通過實(shí)驗(yàn)，探究杠桿的平衡條件，初步領(lǐng)會(huì)從具體到抽象的方法。 情感態(tài)度與價(jià)值觀通過了解杠桿在實(shí)際中的應(yīng)用，體會(huì)到物理知識(shí)是有用的，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)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(shí)具有重要的實(shí)際意義。 杠桿是 種重要的簡(jiǎn)單機(jī)械， 也是學(xué)習(xí)滑輪、 輪軸等其他一些簡(jiǎn)單機(jī)械的基礎(chǔ)。 大部分學(xué)生對(duì)生活中 的杠桿比較熟悉，也很

2、感興趣； 但對(duì)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(yàn)上升為理性認(rèn)識(shí)。 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。教材從學(xué)生熟悉的生活實(shí)本節(jié)教材基本上是按照“具體7抽象7具體”的思路編寫的。際“蹺蹺板”開始， 提出問題， 讓學(xué)生開放地思考，找出最有價(jià)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(duì)“蹺蹺板”進(jìn)行簡(jiǎn)化， 利用木尺和鉤碼分別代替 蹺蹺板和人進(jìn)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(diǎn)的 距離兩個(gè)因素決定。在此基礎(chǔ)上引出杠桿的概念，并介紹支點(diǎn)、力臂、平

3、衡等名詞。緊接著 引導(dǎo)學(xué)生把實(shí)驗(yàn)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(rèn)識(shí)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(fèi)力？什么樣的杠桿既不省力又不費(fèi)力？再通過“活動(dòng)”認(rèn)識(shí)生活中形形色色的杠桿是如何工作的，工作時(shí)有什么特點(diǎn)。 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(rèn)識(shí)到杠桿應(yīng)用的廣泛性。本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)： 杠桿平衡條件是人們分析、 計(jì)算杠桿問題的理論依據(jù)， 也是研究其他各 種簡(jiǎn)單機(jī)械的基礎(chǔ)，所以經(jīng)歷探究杠桿平衡條件的過程并運(yùn)用它分析有關(guān)問題是本節(jié)的重 點(diǎn)。10本節(jié)教學(xué)難點(diǎn)：很多學(xué)

4、生盡管能正確說出力臂的定義，但遇到實(shí)際問題時(shí)仍把支點(diǎn)到動(dòng)力或阻力作用點(diǎn)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(diǎn)。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(shí)利用簡(jiǎn)單機(jī)械搬動(dòng)巨大石塊，我國(guó)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(jī)、起重機(jī)、吊車、鉗子等工具進(jìn)行勞動(dòng)讓學(xué)生找出它們的共同特點(diǎn)。通過這些實(shí)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(shí)驗(yàn)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(gè)小人兒，

5、用腿間的尖頭插立在蠟燭上，兩個(gè)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(gè)蠟燭蹺蹺板。點(diǎn)燃蠟燭兩頭，熔化的蠟就會(huì)一滴一滴地不斷滴下來。滴下蠟油的一端會(huì)向上翹一些，蠟燭兩端會(huì)交替上下晃動(dòng)，跟蹺蹺板一樣。這個(gè)實(shí)驗(yàn)?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(dòng)機(jī)。還可以通過小游戲引入， 例如進(jìn)行“拔釘比賽”。 出示兩個(gè)相同的鐵釘和木板，教師用羊角錘把鐵釘釘入木板。邀請(qǐng)男、女兩個(gè)學(xué)生上講臺(tái)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(huì)取勝？這個(gè)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

6、閱讀教材中的插圖，學(xué)生可能會(huì)提出很多他們認(rèn)為值得探究的問題,例如：蹺蹺板為什么能上下轉(zhuǎn)動(dòng)？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(jiǎn)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(jì)方案師生通過進(jìn)一步討論交流，可以得出：蹺蹺板中間有一個(gè)固定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，男生、女生分別給蹺蹺板一個(gè)向下的力，調(diào)整兩人到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離，當(dāng)兩人到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離和兩力的大小滿足一定條件時(shí)，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(shí)用橡皮、小刀、直尺、硬幣等物示意給學(xué)生看什么叫杠桿的

7、平衡.學(xué)生猜想如下： Fi+Li = F2 + L2,=, Fl- Li=F2- L2, Fl X Li = F2X L2.教師帶領(lǐng)學(xué)生分析以上猜想,甄別那些明顯錯(cuò)誤的猜想,如Fi + Li=F2 + L2,Fi- Li=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=,FiX Li=F2X L2.(2) 制訂計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案:(引導(dǎo)學(xué)生討論，實(shí)驗(yàn)裝置中力的大小、力臂的大小最好能隨時(shí)知道.實(shí)驗(yàn)探究前，應(yīng)讓學(xué)生充分討論他們的探究方案.)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄扛軛U的平衡條件.實(shí)驗(yàn)器材：杠桿、鐵架臺(tái)、鉤碼.實(shí)驗(yàn)步驟:把杠桿的中點(diǎn)支在鐵架臺(tái)上，調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在水

8、平位置平衡.為什么要求杠桿靜止時(shí),在水平位置呢?(因?yàn)檫@樣力臂的數(shù)值在杠桿上就能直接讀出或量出.)探調(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(dāng)鉤碼,并移動(dòng)鉤碼位置，使杠桿在水平位置再次平衡，計(jì)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)Lj(3) 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù).實(shí)驗(yàn)次數(shù)Fi/NLi / cmF2/NL2/ cm123分析判斷：在分析判斷過程中有可能出現(xiàn)Fi+Li=F2+L2的結(jié)論，要求學(xué)生認(rèn)真分析數(shù)據(jù)，找到出錯(cuò)的原因，為以后的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)討論、交流、合作.你的實(shí)驗(yàn)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(dòng)力X

9、動(dòng)力臂=阻力X阻力臂(FiX Li=F2X L2)知識(shí)拓展正確理解杠桿的平衡條件,但是在實(shí)際生產(chǎn)和生活中(1)研究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)是杠桿在水平位置平衡進(jìn)行的 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?yàn)楦軛U受到了幾個(gè)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) 從動(dòng)力X動(dòng)力臂=阻力X阻力臂，可知，力和力臂的大小成反比，即力臂越長(zhǎng)，力就越(3)利用杠桿平衡條件進(jìn)行計(jì)算時(shí)，單位要統(tǒng)一，動(dòng)力和阻力的單位要統(tǒng)一，動(dòng)力臂和阻 力臂的單位要統(tǒng)為了用實(shí)驗(yàn)研究上述問題， 可以對(duì)它進(jìn)行簡(jiǎn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生領(lǐng)會(huì)到，對(duì)實(shí)際物體

10、(研究對(duì)象)進(jìn)行簡(jiǎn)化、抽象后，便于 問題的研究和解決。(3)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)生按照教材上的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，把測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入教材表格中。教師提醒學(xué)生要把懸掛點(diǎn)選在木尺的中心處，使用前要調(diào)節(jié)木尺平衡， 鉤碼對(duì)木尺拉力的大小就等于鉤 碼的重量，注意測(cè)準(zhǔn)鉤碼的重量和鉤碼到 0點(diǎn)的距離。要多次改變所掛鉤碼的個(gè)數(shù)和它在木尺上的位置，多測(cè)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(shí)驗(yàn)分析， 木尺水平平衡由哪些因素決定？分析你的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，看看在什么條件下， 木尺才能平衡？通過實(shí)驗(yàn)和討論，學(xué)生會(huì)認(rèn)在此基礎(chǔ)上再給出杠識(shí)到木尺水平平衡由兩邊力的大小和兩力到支點(diǎn)的距離兩個(gè)因素決定。桿、動(dòng)

11、力、阻力、支點(diǎn)、力臂的概念，學(xué)生就容易理解了。介紹動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力和阻力臂的概念時(shí)，要向?qū)W生指出：動(dòng)力和阻力是相對(duì)的, 要視具體情況而定。通常情況下，使杠桿繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的力為動(dòng)力； 而阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力為阻力。動(dòng)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(rèn)為是杠桿受到的力。 無論是動(dòng)力臂還是阻力臂，都是從 支點(diǎn)到力的作用線的距離，而不是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離。為了加深對(duì)力臂的理解，可讓學(xué)生做下面的實(shí)驗(yàn)，如圖6-19所示。沿a、b兩個(gè)不同方 向用力拉彈簧測(cè)力計(jì)，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(dòng)力、阻力、力臂的概念，然后再讓學(xué)生分析表中收

12、集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出動(dòng)力、 動(dòng)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(dòng)力X動(dòng)力臂=阻力X阻力臂，即FiX Li= F2X L2或旦=丄2。F2Li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(huì)被小孩蹺起來?二是讓學(xué)生從理性上Fi< F2,“費(fèi)力”“例題”的目的：一是讓學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)用杠桿的平衡條件分析問題, 認(rèn)識(shí)蹺蹺板的奧秘。同時(shí)，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(gè)問題，首先要讓學(xué)生明確“省力”指的是指的是Fi> F2,再根據(jù)杠桿平衡條件Fi XL 1 = F2 XL2讓學(xué)生討論得出：當(dāng)

13、Li> L2 時(shí)，F(xiàn)iV F2,為省力杠桿；當(dāng) LiV L2時(shí)，F(xiàn)i > F2,為費(fèi)力杠桿；當(dāng) Li= L2時(shí)，F(xiàn)i= F2,為等臂杠桿，杠桿不省力，也不費(fèi)力。在“活動(dòng)2認(rèn)識(shí)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(dòng)，要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到它們實(shí)質(zhì)上都屬于杠桿，并讓學(xué)生指出各個(gè)杠桿支點(diǎn)的位置、動(dòng)力作用點(diǎn)和阻力作用點(diǎn)的位置。在確定杠桿的支點(diǎn)時(shí)，可以設(shè)想讓杠桿轉(zhuǎn) 動(dòng)起來，在動(dòng)的過程中，便可確定杠桿繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)一一支點(diǎn)。畫力臂是教學(xué)的難點(diǎn)，要讓學(xué)生明確：力臂是從支點(diǎn)到力的作用線的距離，而不是從支 點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離。畫力臂的一般步驟是確定支點(diǎn),

14、畫力的作用線（過 Fi、F2的直線）， 從支點(diǎn)向力的作用線作垂線，垂足在力的作用線上, 標(biāo)出力臂。可簡(jiǎn)記為“一找點(diǎn)，二畫線，三作垂線段，四標(biāo)力臂”。CD除了畫教材上所給的幾個(gè)杠桿的支點(diǎn)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(gè)練習(xí)，進(jìn)一步理解力臂的含義。圖6-20 可供參考。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(duì)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(shí)進(jìn)行學(xué)科滲透，再結(jié)合一些具體的動(dòng)作（例如舉、拿、抬、踢等）來體會(huì)最好配合幻燈片或這些杠桿是如何工作的?！皺C(jī)械手”體現(xiàn)了簡(jiǎn)單機(jī)械與高新技術(shù)的結(jié)合, 多媒體動(dòng)畫進(jìn)行介紹。通過對(duì)教材圖6

15、- 42以及其他各種杠桿類工具的抽象、概括，應(yīng)使學(xué)生體會(huì)到“杠桿”是一個(gè)物理模型，通過對(duì)物理模型的探究所得到的規(guī)律，可以應(yīng)用到各類實(shí)際的杠桿類器具的新課程理念。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(duì)照實(shí)物認(rèn)識(shí)案秤與桿秤的結(jié)中去，這也體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”構(gòu)，明確它們的制作原理，了解它們的使用方法。圖 6-21秤盤調(diào)牢螺線4.教學(xué)評(píng)價(jià)課堂測(cè)評(píng)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(jī)踏腳板屬于托盤夭平縫紉機(jī)踏腳板圖 6-23杠桿，鍘刀屬于（填“省”或2.如圖6-24所示是一種拉桿式旅行箱的示意圖，它相當(dāng)于一個(gè)“費(fèi)”）力杠桿；若

16、箱和物品共重100N,動(dòng)力臂是阻力臂的 5倍，則抬起拉桿的力至少為No3.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(dòng)乙圖中手施加的動(dòng)力。（選填“大于”、“等于”或“小于”）甲乙圖 6-254 .如圖所示，屬于費(fèi)力杠桿的是（A.B.C.D.5.a開啤酒瓶蓋的開瓶器剝核桃殼的核桃鉗釣魚者手中的魚桿撬釘子的釘錘如圖6-27所示，質(zhì)量可忽略的杠桿上所標(biāo)的每一格長(zhǎng)度都是相等的,O為支點(diǎn)，杠桿兩邊所掛的每一個(gè)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(gè)鉤碼B.兩邊的鉤碼下各加掛一個(gè)相同

17、的鉤碼C.左邊鉤碼向右移一格，右邊鉤碼同時(shí)向左移一格D.右邊鉤碼下加掛一個(gè)相同的鉤碼，左邊鉤碼同時(shí)向左移一格6.如圖6-28所示，用一細(xì)線懸掛一根粗細(xì)均勻的輕質(zhì)細(xì)麥桔桿，使其靜止在水平方向上，0為麥桔桿的中點(diǎn)。這時(shí)有兩只大肚皮的螞蟻同時(shí)從0點(diǎn)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（圖 G-2S.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(duì)麥桔桿的壓力一定相等7.在“探究杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)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(cè)量；如發(fā)現(xiàn)杠桿左端偏高，則可將

18、右端的平衡螺母向調(diào)節(jié)，或?qū)⒆蠖说钠胶饴菽赶蛘{(diào)節(jié)。圖6-29是小明同學(xué)三次實(shí)驗(yàn)的情景，實(shí)驗(yàn)時(shí)所用的每個(gè)鉤碼重0.5N，杠桿上每一格長(zhǎng)5cm,部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已記錄在下表中。實(shí)驗(yàn)次數(shù)動(dòng)力Fi/N動(dòng)力臂Li/cm阻力F2/N阻力臂L2/cm11.510121201031201.510(1)請(qǐng)將表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整。(2)小明的第3次實(shí)驗(yàn)存在錯(cuò)誤，其錯(cuò)誤是&小明在學(xué)校參加植樹活動(dòng)時(shí)，使用如圖6-30所示的鋼絲鉗剪鐵絲固定小樹苗。斟 6-31.圖 6-30,(1)他使用的鉗子是省力杠桿還是費(fèi)力杠桿?(2)在圖中畫出動(dòng)力Fi的力臂Li和作用在這根杠桿上的阻力F2。 剪鐵絲時(shí)動(dòng)力臂長(zhǎng)為 10cm,阻力臂長(zhǎng)為2cm,若鐵絲被剪斷需要 1000N的力,小明至少用多大的力才能將鐵絲剪斷?【參考答案】1.等臂費(fèi)力 省力2.省203.小于4.5.6.C提示：