【知識(shí)與技能】
1.理解杠桿的平衡條件。
2.能夠根據(jù)實(shí)物圖畫出杠桿的示意圖。
3.會(huì)利用杠桿的平衡條件解決簡(jiǎn)單的問題。
【過程與方法】
1.通過實(shí)驗(yàn)探究,了解杠桿的平衡條件。
2.參與探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)過程。
【情感·態(tài)度·價(jià)值觀】
通過了解杠桿的應(yīng)用,進(jìn)一步認(rèn)識(shí)學(xué)好物理的意義,提高學(xué)習(xí)物理的興趣。
◇教學(xué)重難點(diǎn)◇
【教學(xué)重點(diǎn)】
1.杠桿的平衡條件。
2.運(yùn)用杠桿平衡條件分析相關(guān)問題。
【教學(xué)難點(diǎn)】
力臂的概念及其畫法。
◇教學(xué)過程◇
一、新課導(dǎo)入
阿基米德是兩千多年前古希臘杰出的科學(xué)家,他曾經(jīng)說過:“給我一個(gè)支點(diǎn),我就能撬動(dòng)地球?！蹦阏J(rèn)為他能做到嗎?
二、教學(xué)步驟
探究點(diǎn)1 探究蹺蹺板中的道理
[閱讀課本]P24~26“探究蹺蹺板中的道理”
[思考]觀察圖6—37,有沒有發(fā)現(xiàn)蹺蹺板的特點(diǎn)?
[提示]蹺蹺板能繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[思考]生活中與蹺蹺板類似,能夠繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的物體有哪些?
[提示]撬棒、剪刀、鋼絲鉗、釣魚竿等。
[小結(jié)]物理學(xué)中,把能繞某一固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒(直棒或曲棒),叫做杠桿。
[思考]觀察圖6—37,分析蹺蹺板除受自身重力外,還受到幾個(gè)力的作用?
[提示]大人和小孩分別給蹺蹺板施加一個(gè)力的作用。
[思考]大人和小孩施加給蹺蹺板的力有什么特點(diǎn)?
[提示]從力的作用效果角度分析,一個(gè)力使得杠桿沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),另一個(gè)力使得杠桿沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
[小結(jié)]使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力,叫做動(dòng)力;阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力,叫做阻力。
[注意]動(dòng)力和阻力是相對(duì)的,要視具體情況而定;動(dòng)力和阻力是杠桿受到的力,作用點(diǎn)在杠桿上。
[思考]圖6—37中蹺蹺板保持水平時(shí),大人和小孩坐的位置有什么特點(diǎn)?
[提示]大人離固定點(diǎn)較近,小孩離固定點(diǎn)較遠(yuǎn)。
[小結(jié)]從支點(diǎn)到力的作用線的距離,叫做力臂。動(dòng)力的力臂叫做動(dòng)力臂,阻力的力臂叫做阻力臂。
[思考]怎樣才叫杠桿平衡?
[提示]杠桿平衡時(shí)不再上下擺動(dòng),處于靜止?fàn)顟B(tài)。
[小結(jié)]杠桿在動(dòng)力和阻力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài),叫做杠桿平衡。
[思考]為了使圖6—37中的蹺蹺板保持水平平衡,你知道有哪些方法嗎?
[提示]大人可以離支點(diǎn)近一點(diǎn)或小孩離支點(diǎn)遠(yuǎn)一點(diǎn);如果不改變位置,可在小孩的這端放適當(dāng)?shù)闹匚铩?br>[小結(jié)]實(shí)現(xiàn)杠桿平衡有兩種方法:①改變動(dòng)力或阻力的大小;②改變動(dòng)力臂或阻力臂的大小。
[實(shí)驗(yàn)]探究杠桿的平衡條件。
[思考]杠桿究竟在什么條件下平衡?
[提示]影響杠桿平衡的因素有動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂、阻力臂。
[思考]實(shí)驗(yàn)前,如何使杠桿處于水平平衡狀態(tài)?
[提示]調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母,并按“左傾右調(diào)、右傾左調(diào)”的原理進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[思考]實(shí)驗(yàn)前,調(diào)節(jié)杠桿兩側(cè)平衡螺母的目的是什么?
[提示]調(diào)節(jié)兩側(cè)的平衡螺母,使杠桿處于水平平衡位置,這樣可以避免杠桿自身重力對(duì)杠桿平衡的影響。
[思考]實(shí)驗(yàn)時(shí),能否通過調(diào)節(jié)平衡螺母使杠桿平衡呢?
[提示]實(shí)驗(yàn)探究的是力和力臂對(duì)杠桿平衡的影響,需要改變力或力臂的大小使杠桿再次平衡,不能再調(diào)節(jié)平衡螺母。
[思考]實(shí)驗(yàn)時(shí),杠桿再次平衡,依然保持在水平位置,這樣做的目的是什么?
[提示]鉤碼對(duì)杠桿的拉力方向與重力方向相同,當(dāng)杠桿水平時(shí),支點(diǎn)到懸掛點(diǎn)的距離就等于力臂,從而便于測(cè)量力臂。
[思考]實(shí)驗(yàn)時(shí),有哪些必要操作?
[提示]將杠桿調(diào)平后,在杠桿的兩端分別掛上數(shù)量不同的鉤碼,用F1、F2表示鉤碼的拉力,用L1、L2表示鉤碼懸掛點(diǎn)離支點(diǎn)O的距離。改變鉤碼數(shù)量和它們離開支點(diǎn)O的距離,使杠桿處于水平靜止?fàn)顟B(tài)。
[思考]你是如何確定動(dòng)力和阻力的呢?
[提示]為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),我們把支點(diǎn)右邊的鉤碼當(dāng)作動(dòng)力,支點(diǎn)左邊的鉤碼當(dāng)作阻力。
[思考]多次改變鉤碼的個(gè)數(shù)及它們離開支點(diǎn)的距離,目的是什么?
[提示]多次實(shí)驗(yàn)的目的是使得出的結(jié)論更具有普遍性。
[思考]分析數(shù)據(jù),我們能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律?
[提示]分析動(dòng)力和動(dòng)力臂的乘積與阻力和阻力臂的乘積關(guān)系。
[歸納提升]杠桿的平衡條件:動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂,即F1L1=F2L2。
[思考]如果將杠桿的一端用彈簧測(cè)力計(jì)豎直拉住,讓杠桿水平平衡。然后慢慢地減小彈簧測(cè)力計(jì)與杠桿的夾角,觀察彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是否變化,如果有變化,會(huì)怎樣變化?
[提示]當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)與杠桿的夾角減小時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變大,彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)杠桿的拉力力臂變小。
[拓展]這個(gè)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)可以驗(yàn)證杠桿的平衡條件是動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂,而不是動(dòng)力×動(dòng)力到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離=阻力×阻力到阻力作用點(diǎn)的距離。
探究點(diǎn)2 杠桿的作用
[閱讀課本]P27~28“杠桿的作用”
[思考]如何正確作出圖6—42中的力臂呢?
[歸納提升]畫力臂的一般步驟:①確定支點(diǎn);②畫出力的作用線(過F1、F2的直線,一般畫為虛線);③從支點(diǎn)向力的作用線作垂線,垂足在力的作用線上;④標(biāo)出力臂。
[思考]作出圖6—42中動(dòng)力和阻力相應(yīng)的力臂,你能否對(duì)這些簡(jiǎn)單機(jī)械進(jìn)行分類呢?
[提示]比較動(dòng)力臂和阻力臂的長短,或根據(jù)是否省力進(jìn)行合理分類。
[思考]省力的杠桿都有哪些特點(diǎn)?為什么叫省力杠桿?
[提示]當(dāng)動(dòng)力臂大于阻力臂時(shí),根據(jù)杠桿的平衡條件可知?jiǎng)恿π∮谧枇?這就叫省力,這樣的杠桿叫做省力杠桿。
[歸納提升]動(dòng)力臂大于阻力臂,使用時(shí)省力,為省力杠桿;動(dòng)力臂小于阻力臂,使用時(shí)費(fèi)力,為費(fèi)力杠桿;動(dòng)力臂與阻力臂相等,使用時(shí)既不省力也不費(fèi)力,為等臂杠桿。
[思考]生活中哪些是省力杠桿,哪些是費(fèi)力杠桿,哪些是等臂杠桿,你能列舉一些實(shí)例嗎?
[提示]老虎鉗、羊角錘等是省力杠桿,理發(fā)剪刀、鑷子等是費(fèi)力杠桿,普通剪刀、托盤天平等是等臂杠桿。
[思考]使用這三類杠桿各有什么好處?
[提示]生活中的杠桿有的是為了省力,有的是為了省距離,不同的杠桿有不同的目的。
[歸納提升]省力杠桿可以省力,但費(fèi)距離;費(fèi)力杠桿雖然費(fèi)力,但可以省距離;等臂杠桿既不省力也不費(fèi)力。
[思考]如圖,用羊角錘起釘子,你能在圖中畫出在A點(diǎn)施加最小力F的示意圖和動(dòng)力臂L嗎?
[提示]由杠桿的平衡條件F1L1=F2L2可知,當(dāng)動(dòng)力臂最大時(shí),動(dòng)力最小,即最省力。連接支點(diǎn)和力的作用點(diǎn)A即是最大動(dòng)力臂,如圖所示:
[歸納提升]最小動(dòng)力的作圖方法:①連接支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離,即為最長力臂;②作出連線的垂線,即為最小動(dòng)力作用線;③根據(jù)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的方向確定力的方向,即最小動(dòng)力。
[習(xí)題]如圖所示,O是輕質(zhì)杠桿的支點(diǎn),L1是使杠桿保持水平平衡的動(dòng)力F1的力臂,請(qǐng)你畫出動(dòng)力F1的示意圖(要求保留作圖痕跡)。
[分析]過力臂的上端畫出力臂L1的垂線,即動(dòng)力F1的作用線,與杠桿交于一點(diǎn),該點(diǎn)為動(dòng)力F1的作用點(diǎn)A,由于物體對(duì)杠桿的作用力使杠桿沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),所以動(dòng)力F1應(yīng)使杠桿沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),即F1的方向斜向上。
[答案]
三、板書設(shè)計(jì)
6.5 探究杠桿的平衡條件
1.杠桿的定義
2.杠桿中的幾個(gè)名詞
(1)支點(diǎn)
(2)動(dòng)力
(3)阻力
(4)動(dòng)力臂
(5)阻力臂
3.杠桿的平衡條件:F1L1=F2L2
4.杠桿的作用
(1)省力杠桿
(2)費(fèi)力杠桿
(3)等臂杠桿
◇教學(xué)反思◇
杠桿在生活和生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用,大部分學(xué)生對(duì)生活中的杠桿比較熟悉,也很感興趣,但對(duì)杠桿的“五要素”及杠桿的平衡條件不太清楚。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),把實(shí)物抽象為模型,讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)物理學(xué)的研究方法。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)生的科學(xué)探究能力。

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5 探究杠桿的平衡條件

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