第十三章 力和机械 第四节 杠杆.docx

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第十三章力和机械第四节杠杆

第十三章力和机械第四节杠杆

新授课1课时

【教学目标】

知识与技能

1.认识杠杆，认识有关杠杆的几个概念。

2.能从常见的工具和简单机器中识别出杠杆。

3.知道杠杆的平衡条件及其杠杆的一些应用。

过程与方法

（1）经过绘制杠杆示意图的过程，体会科学抽象的方法。

（2）观察和操作杠杆，体会杠杆的作用。

（3）经历探究杠杆平衡条件得过的过程。

学习分析实验现象、寻找数据间规律从中归纳出实验结论的一般方法。

情感态度与价值观

（1）关注生活、生产、自然现象中杠杆的使用。

（2）乐于在周围生活中发现和分析各种杠杆，具有利用杠杆方便自己工作的意识。

（3）认识科学探究中必须有合作精神。

【教学重点】

知道什么是杠杆，理解杠杆的平衡条件。

【教学难点】

理解力臂的概念，动力臂和阻力臂的规范作图。

【教学用具】

教师用：

演示设备：

多媒体电脑、实物投影仪、大三角板。

羊角锤、演示杠杆、钩码等。

剪刀（两种）、羊角锤（木板、钉子）、镊子、瓶盖起子、啤酒一瓶（没开启）。

铁架台、杠杆、钩码、弹簧测力计。

学生用：

杠杆和支架、钩码、弹簧秤、直尺、三角板、羊脚锤等。

【教学方法】

自学、实验探究、引导发现法、讲解法、关键点拨、练习巩固等相结合

【教学过程】

主要教学过程

教学环节及内容

教师活动

学生活动

一、新课导入

二、新课讲授

什么是杠杆？

杠杆的五要素？

知识点１

什么是杠杆？

杠杆的五要素？

知识点２

探究：

杠杆的平衡条件

知识点２

探究：

杠杆的平衡条件

知识点3

杠杆的种类及应用

2、杠杆应用

课前热身活动：

这有一瓶啤酒，请一名同学从这里选择一个工具把瓶盖打开。

谁来试一下呢？

游戏：

请两名同学用筷子分别从盒子中把花生夹到指定的位置，先完成的为胜利者。

想一想、做一做。

如图：

你能用手把图钉拔出来吗？

请从图中选工具把图钉从木板中拔出来。

使用这些机械很简单。

可人类发明出这些机械用了很长的时间。

两千多年前著名的学者阿基米德曾说过这样的豪言壮语：

“若给我一个立足点和一根足够长的棍我可以搬动地球”，实际上阿基米德所构想的装置是一个什么样的机械呢？

想一想：

刚才我们使用的这些工具都属于杠杆，现在同学们观察这些杠杆，它们在工作时有什么共同的特点吗？

【布置自学提出问题】自学课本部分P64，教师并播放媒体撬棒，跷跷板，抽水机给学生提供资料思考。

1.什么是杠杆？

2.杠杆的五要素？

（杠杆上的三点？

）

【师生归纳总结】

杠杆:

能绕固定点转动的硬棒叫杠杆。

支点（O）：

杠杆绕着转动的点。

动力（F1）：

使杠杆转动的力。

阻力（F2）：

阻碍杠杆转动的力。

动力臂（L1）：

从支点到动力作用线的垂直距离。

阻力臂（L2）：

从支点到阻力作用线的垂直距离。

力的作用线：

过力的作用点，沿力的方向的直线。

【设置问题突破难点如何画力臂】

媒体动画演示

以跷跷板为例：

动力臂L1，（手持大三角板演示作图）过F1的作用点沿它的方向画出动力作用线，用虚线表示。

过O点作动力作用线的垂线，用三角板的一直角边沿力的作用线平移，直到另一直角边与O点重合，连接O点到垂足间的线段即为动力臂L1，用双箭头标注，也可以用大括号表示。

阻力臂L2的作法也是一样，首先过阻力作用点沿阻力的方向画出阻力作用线，然后，用直角三角板过O点作阻力作用线的垂线段，标上箭头或用大括号即为阻力臂L2。

训练：

撬石头

思考：

总结画力臂的方法

师生共同总结:

力臂画法：

１、找支点

２、画力的作用线

３、作垂线

４、用双箭头或用大括号勾出力臂并用字母Ｌ１或Ｌ２表示。

【错题分析】下图中有错误吗？

总结：

错把把支点和作用点的连线看做力臂

【训练反馈】：

现在请把书翻到68页，完成第三题（做力臂）（学生画图）谁愿意把自己的图拿到前面来展示一下？

（实物投影仪展示一位同学的图）请大家判断：

认为此图正确无误的请举手。

有趣的小实验：

如何调节，它们才能平衡？

【问题】

杠杆能绕着固定点转动，如果杠杆静止不动或匀速转动就说杠杆平衡。

请同学们猜想一下哪些因素会影响杠杆的平衡呢？

【猜想与那些因素有关】

动力、动力臂、阻力、阻力臂、作用点和力的方向会影响杠杆的平衡。

【设置问题猜想因素归类】

问题：

我们知道力的大小影响杠杆的平衡，

那么力的作用点和力的方向是否也影响杠杆的平衡呢？

请同学们讨论，用事实或实验加以说明。

演示：

观察用弹簧秤沿不同的方向的力拉时，弹簧秤的示数？

思考：

这两个例子有很好的思想，表面上看改变力的作用点到支点的距离和改变力的方向，从这两个方面都能影响杠杆的平衡，而它们有没有共同的物理本质呢？

可见，影响杠杆状态的除了力的大小以外，还有一个因素，它既不是力的方向，也不是力的作用点，而是力臂。

探究：

杠杆的平衡条件

问题提高：

动力、动力臂、阻力、阻力臂影响杠杆的平衡，到底当杠杆平衡时，会满足怎样的关系呢？

【提出问题】

要定量的研究杠杆平衡时以上四者满足的关系还必须通过实验来完成。

1观察思考桌面上的器材是什么?

2实验器材有几部分组成，功能是什么。

3平衡螺母用来调节杠杆平衡，为什么要使杠杆在水平位置平衡？

【弄清实验步骤】

要想知道杠杆平衡时动力、阻力、动力臂、阻力臂满足的关系探究的实验步骤如何？

1、先弄清一个钩码的质量是50g，它受到的重力是0.49N。

杠杆上每一小格的长为15㎜。

2、再调节杠杆在水平位置，左右挂钩码，待到杠杆重新平衡后，将数据记录在表格中。

再重复两次实验。

【设计好记录数据表格】

研究杠杆平衡条件的实验数据表如下

实验

次数

动力F1/N

动力臂

L1/m

F1×L1

（N.cm）

阻力

F2/N

阻力臂

L2/m

F2×L2

（N.cm）

1

2

3

【分组实验】

要求：

6人一组要有分工，团结协作完成实验。

【分析数据归纳结论】

请分析、比较实验数据，总结出动力、阻力、动力臂、阻力臂满足什么关系时杠杆平衡？

结论：

杠杆的平衡条件：

动力×动力臂=阻力×阻力臂

或F1L1=F2L2

　杠杆平衡条件也可以写做：

F1/F2=L2/L1

上式的物理意义是：

动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。

【评估】

1、以上实验过程是否合理？

2、结论是否可靠？

3、还有进一步的改进措施吗？

【反馈练习】

为什么推门时，在门把手附近用力，很容易把门推开，而在门轴附近用力，要把门推开就很费劲了？

总结：

看来推动杠杆需要的动力可能与动力臂的长短有关，动力臂越长，需要的动力可能就越小。

【拓展】

1、沿ab不同方向用力拉弹簧秤，使杠杆平衡时，什么情况下用力最小？

2、沿C方向的力影不影响杠杆的平衡。

总结：

直向下力的力臂最大，力最小

力臂为零的力不影响杠杆的平衡。

通过上面的结论大家想一下，上课时阿基米德用一个杠杆把地球撬起来的想法能实现吗？

【提出问题】：

1、观察刚才用过杠杆又有什么不同呢？

2、根据杠杆平衡条件，说出什么是省力杠杆，

什么费力杠杆吗？

3、请问你有没有见过动力臂和阻力臂相等的杠杆？

【省力杠杆】：

小实验：

如图在撬棒的A端用力向下压棒，石块被撬起。

在撬起石块的过程中，棒绕小石块（支点O）转动。

实验表明：

力臂不同，撬动石块所需的力就不同。

力臂越长，所需动力就越小，力臂的长短不但跟力作用的位置有关，还跟力作用的方向有关。

请同学们举实例，分析下面杠杆的共同特点：

这些情况都很省力，分析各种情况下的动力臂、阻力臂的长短。

可知，以上杠杆的动力臂都比阻力臂都长（即L1>L2），为省力（即F1

省力杠杆的特点：

省力但费距离

【费力杠杆】：

（1）如图：

将硬纸片剪成鱼形，贴在铁片上，用细线将“鱼”挂在竹竿上。

在竹竿的一端离端点约20厘米处钻一孔，将铁钉穿过小孔钉在木板上，即成一钓鱼杆模型。

（2）先用弹簧秤称出“鱼”重G，再将鱼挂在

鱼杆上，用弹簧秤拉着A端缓缓“钓”起鱼，可看到弹簧秤示数F＞G。

将A端缓缓向下拉过一小段距离，可看到鱼被钓起较高的一段距离。

请同学们举实例，分析他们的共同特点：

分析以上各种情况下的动力臂、阻力臂的长短。

可知，以上杠杆的动力臂都比阻力臂短（即L1F2）杠杆。

费力杠杆的特点：

费力但省距离

【等臂杠杆】：

请同学们举实例。

等臂杠杆的特点

L1=L2，F1=F2。

既不省力也不费距离

【总结杠杆的种类及特点】

１、省力杠杆：

F1L2省力，费距离

２、费力杠杆：

F1>F2;L1

３、等臂杠杆：

F1=F2;L1=L2不省力，不费力

【杠杆的应用】

媒体播放：

了解杠杆的应用。

动手动脑学物理

1、各式各样的剪刀都是一对一对的杠杆。

在图中那些是省力杠杆？

那些是费力杠杆？

要剪开较硬的物体，应该使用哪种剪刀？

剪纸或布时，应该使用哪种剪刀？

修剪树枝时，应使用哪种剪刀？

为什么？

2、这个装置在使用时用到了那些物理知识？

学生：

选用开瓶器很快打开瓶盖。

学生游戏：

开始比赛。

学生：

用手很难拔出；

选用羊角锤很快撬起钉子；

也有用螺丝刀起的。

学生回答：

阿基米德所构想的装置是一根硬棒。

（设计意图：

让学生亲身感受，做好学习的铺垫，激发学生的学习兴趣）

学生观察并回答：

这些机械，都能绕着一个固定点转动。

学生结合观看媒体动画：

学生归纳总结：

1、都是硬棒，都能在力的作用下绕着固定点0转动。

注：

硬棒可以是各种形状的直的、曲的。

2、三点是指支点，还有动力的作用点和阻力的作用点，

（注意：

动力和阻力都是杠杆受到的力，作用在杠杆上，动力作用点和阻力作用点都是杠杆上的点。

而且动力和阻力并没有严格的区分，只是它们总是使杠杆朝着相反的方向转动。

）

学生观看边记便掌握作图要领：

一要找到支点O,

二要做垂线，

三要连支点和垂足的距离为力臂

学生做训练

投影学生的练习答案

然后参考（电脑展示撬石头答案）

学生思考：

学生纠正:

学生归纳总结

设计意图：

突破难点，会画力臂

学生思考回答：

小象向里靠近或把支点靠近小象

学生猜想：

动力、动力臂、阻力、阻力臂、作用点和力的方向会影响杠杆的平衡。

学生回答:

以撬石头为例，改变作用点，越靠近支点越费力，说明作用点的位置对杠杆的平衡有影响。

（前提力的方向不变）

学生观察并回答：

杠杆左端挂钩码，右端用不同方向的力拉弹簧秤使杠杆平衡，所施的力不同，说明力的方向影响杠杆的平衡。

学生讨论回答：

当改变力的作用点到支点的距离时，实质是力臂也改变了（控制力的方向不变）；

当改变力的方向时，随着作用线的转动，实质也是改变力臂（控制力的作用点不变）。

学生猜想是：

1、F1×L1=F2×L2

2、F1×L2=F2×L1

3、F1/F2=L2/L1

4、F1/F2=L1/L2

……

学生观察后讨论结果：

桌子上的实验器材有：

杠杆钩码铁架台弹簧秤等

1杠杆上的刻度。

2杠杆上的两个螺母：

调节杠杆平衡。

3钩码：

用钩码的重力来充当动力和阻力。

杠杆只有在水平位置平衡，才可从杠杆上的刻度值直接读出力臂来。

学生：

弄清实验步骤

学生设计好记录数据表格

学生分组实验：

观察实验器材、开始实验、学生记录、上报数据

学生总结：

小组内分析数据并交流归纳：

动力×动力臂=阻力×阻力臂

或F1L1=F2L2

学生评估结果：

1、杠杆倾斜，杠杆在水平位置平衡后，支点到力的作用点的距离就是力臂，因此在此实验中我们应首先调节杠杆在水平位置平衡。

2、杠杆的重心不在支点上，杠杆自身的重力对杠杆转动产生了影响。

3、动力和阻力在支点同侧杠杆平衡。

同学们讨论做练习

学生回答：

竖直向下拉时力的力臂最大，力最小

思考：

因为C方向的力的作用点过支点，力臂为零，所以不影响杠杆的平衡。

（设计意图：

培养观察思考能力，锻炼学生归纳能力，团结合作的能力。

）

学生：

经过学生认真地讨论一致认为：

从理论上论“只要有一个支点和一个足够长的杠杆”是可以撬起地球的。

但是根据相关数据和计算，阿基米德是可以能撬起地球的。

学生回答：

1、有的用起来省力，有的用起来费力。

2、动力臂大于阻力臂的为省力杠杆，动力臂小于阻力臂的为费力杠杆。

3、有，天平。

做实验：

把弹簧秤系在A′点竖直向下拉，观察并记下弹簧秤的示数。

把弹簧秤在A点，比在A′点时减小。

学生举例说明并讨论交流：

1、用手使劲开汽水瓶盖，不能把盖揭开。

用瓶盖起子轻轻一撬，瓶盖就被撬开，

2、用手拔钉在木块上的铁钉，无法拔起。

用羊角锤拔钉子，如图，就能不太费力地拔起钉子。

3、学生回答：

都是省力杠杆

学生小组讨论：

筷子、镊子、钓鱼竿。

学生举例说明并讨论交流：

想一想生活中用到费力杠杆的的原因？

1、用竹片制成的食品夹夹起一块食品

由图可以看出食品夹是费力杠杆，与镊子、筷子船桨类似由两个杠杆组成。

学生：

等臂杠杆天平。

设计意图：

利用活动，让学生亲身

体验，既体现了学生的主

体作用，又培养了学生分

析交流能力

学生了解我国古书《天工开物》中的两幅图描述了古人应用杠杆劳作的情景

小小弹簧秤称出大象重的原理

学生讨论交流后回答：

生活中有趣的物理

设计意图：

从生活走向物理，从物理走向社会”、科学-技术-社会（STS）等新课程理念

三、课堂小结

回顾本节课“你学到了什么？

”

见附件1

学生讨论发言，梳理本节知识要点

四、课堂检测

见附件

见附件2

五、布置作业

1、观察生活中那些机械中有杠杆，在工作的时候起什么作用？

2、完成质量检测习题。

课后完成

【板书设计】

第四节杠杆

1、概念：

一根硬棒在力的作用下如果绕固定点转动，这根硬棒就叫做杠杆

2、五要素

支点O

动力F1

阻力F2

动力臂L1：

支点到动力作用线的距离

阻力臂L2：

支点到阻力作用线的距离

3、杠杆示意图

【教学反思】

在《杠杆》一节教学中，教材挖掘深入，课堂信息丰富多彩，独立完成多媒体设计，使用恰当、熟练，效果明显；注重学生学习过程与方法的引导，教学深入浅出，使不同层次的学生在各自的层面上共同进步；很好地达成了教学目标，帮助学生在知识技能、过程与方法、情感态度价值观方面都有所发展；用游戏和实际生活操作引入生动、激趣又紧扣主题，符合学生的年龄特征；自如的引导和启发学生，表现出较强的驾驭课堂的能力；仪表端庄，教态亲切自然，语言科学、准确、精练，铺垫层次清晰，思路清楚、条理性强。

板书书写工整、流畅、规范，设计合理，详略得当。

教学观念新，在引入、探究、应用、练习等诸环节中密切联系生活，生动体现“从生活走向物理，从物理走向社会”、科学-技术-社会（STS）等新课程理念，倡导自主学习、合作学习、探究学习的多种学习方式并用，用探究实验突破难点，充分调动学生积极参与学习活动，整堂课环环相扣，前后呼应；习题设计紧贴教材与生活，突出重点、难点知识，梯度合理，课堂气氛活泼而有序，张弛有度、节奏明快，展现出很强的教学控制能力。

附件1：

这节课我们一起认识了杠杆，以及杠杆上的三点、二力、二臂，探索了力臂这个物理量的由来，初步掌握了力臂的画法。

并通过实验研究了杠杆的平衡条件。

最后我们又了解了杠杆的应用。

附件2：

1.下列关于力臂的说法，正确的是（　　）

A.力臂是从力的作用点到支点的距离　　　　　B.力臂一定在杠杆上

C.力臂是从支点到力的作用线的距离　　　　　D.动力臂一定比阻力臂大

2.如下左图所示，杠杆AOBC可绕O点自由转动，在A处挂上一重物G，欲在C处施加一最小动力，使其能在图示位置平衡。

请做出此动力的方向。

3．在上中图中画出渔民扳鱼网的杠杆示意图。

4．如上右图所示，O是杠杆的支点，为了提高重物，用一个跟杠杆始终保持垂直的力F，使杠杆由竖直位置缓慢转动到水平位置，在这个过程中，则（　　）

　　A．杠杆始终是省力的 B．杠杆始终是费力的 

　　C．杠杆始终是等力的　D．以上说法都不对

解析与答案

2、分析：

（1）杠杆AOBC可以绕O点自由转动，所以O点是杠杆的支点；且要求在C处做出最小动力，故C点是动力作用点。

（2）连接支点O与动力作用点C，得一线段OC；

（3）过C点做线段OC的垂线；

（4）由图可知，由于阻力作用点A与动力作用点C在支点O的两侧，故两力的方向必须基本一致，才能使杠杆平衡。

所以动力的方向应向下。

3、思路解析：

人拉鱼网的力沿拉绳方向，是动力。

竹竿支在河岸随拉绳而抬高将鱼网提出水面，因此竹竿的支点在河岸处。

鱼网及鱼是阻碍竹竿扳起的，是阻力。

力臂是支点到力的作用线的距离，而不是支点到力的作用点的距离。

4、思路解析：

杠杆在竖直位置时，动力臂为OA，阻力臂为0，只要很小的动力，就可以使杠杆发生转动，所以F＜G，此时杠杆是省力的；杠杆转动到水平位置时，动力臂为OA，阻力臂为OB，

>G，此时杠杆是费力的。

可见，杠杆从竖直位置缓慢转到水平位置，由于动力臂先大于后小于阻力臂，所以动力先小于后大于阻力，应选D。