
設(shè)計(jì)說明
“杠桿”這一節(jié)是讓學(xué)生建立杠桿的初步概念,了解杠桿的五要素,杠桿的平衡條件和現(xiàn)實(shí)生活中杠桿的分類。其實(shí)杠桿在現(xiàn)實(shí)生活中是很常見的機(jī)械,來自生活中的各個(gè)角落,根據(jù)“從生活走向物理”的理念,在教這部分內(nèi)容時(shí),應(yīng)該從學(xué)生熟悉的一些涉及杠桿的生活用品入手,結(jié)合教材中給出的杠桿定義來進(jìn)一步認(rèn)識(shí)杠桿的五要素。對(duì)杠桿力臂的作圖是這節(jié)課的重難點(diǎn),教學(xué)時(shí)建議要從“點(diǎn)”“線”兩個(gè)不同的研究對(duì)象入手,結(jié)合“距離”進(jìn)行掌握。關(guān)于平衡狀態(tài),初中物理課程僅涉及二力平衡和杠桿平衡,《課標(biāo)》中對(duì)杠桿平衡有新的要求,即通過實(shí)驗(yàn),探究并了解杠桿的平衡條件,特別是探究杠桿的平衡條件是學(xué)生必做的實(shí)驗(yàn);杠桿的分類可以根據(jù)其現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)物的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié),然后再結(jié)合力臂的長(zhǎng)短關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。
關(guān)于杠桿力臂的教學(xué),應(yīng)該重點(diǎn)講解力臂的物理意義和相應(yīng)的作圖法,并輔以一定的練習(xí)。
教學(xué)目標(biāo)
1.能識(shí)別杠桿,并能準(zhǔn)確找出支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂和阻力臂。
2.通過實(shí)驗(yàn)探究,能得出杠桿的平衡條件,并能利用杠桿的平衡條件進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。
3.能對(duì)杠桿進(jìn)行分類,并能根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的杠桿。
教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)
1.重點(diǎn):認(rèn)識(shí)什么是杠桿,探究杠桿的平衡條件,杠桿的應(yīng)用。
2.難點(diǎn):杠桿力臂的作圖、杠桿平衡條件的應(yīng)用。
教具
常見的杠桿(如指甲剪、羊角錘、瓶蓋起子等),彈簧測(cè)力計(jì),鉤碼,演示用杠桿(帶釘子的木板、螺絲刀等)。
教學(xué)過程
回顧思考
1.數(shù)學(xué)中 “點(diǎn)到直線的距離”的作法:從點(diǎn)向直線________,點(diǎn)到垂足之間的線段的長(zhǎng)度就是點(diǎn)到直線的距離。
2.數(shù)學(xué)中關(guān)于比例的知識(shí),因?yàn)閍∶b=c∶d,所以ad=bc,即“兩內(nèi)項(xiàng)之積等于________”。
3.推門時(shí),在________附近用力,門容易被推開;如果在________附近用力推感覺比較費(fèi)力。
導(dǎo)入新課
1.游戲?qū)?br>讓班內(nèi)力氣最大的一名男生和班內(nèi)力氣最小的一名女生上臺(tái)分別捏粉筆頭表演。
男生:空手捏粉筆頭,結(jié)果沒捏碎。
女生:使用鉗子夾粉筆頭,結(jié)果粉筆被夾碎。
提問:女生的力氣比男生小為什么反而能把粉筆頭夾碎呢?
(學(xué)生討論:因?yàn)榕昧算Q子,鉗子屬于簡(jiǎn)單機(jī)械) 教師根據(jù)學(xué)生的回答引入課題。
2.多媒體導(dǎo)入
利用多媒體播放古代中國(guó)人修筑萬里長(zhǎng)城、古埃及人修筑金字塔的畫面,播放工人用撬棒撬動(dòng)石頭、兩個(gè)學(xué)生玩蹺蹺板、抽水機(jī)的手柄等畫面。
引導(dǎo)學(xué)生觀察與思考:古人用什么工具把那么巨大的石料吊起?日常生活中選用不同類型的機(jī)械有什么好處?
3.問題導(dǎo)入
拿一個(gè)插入釘子的木板,向?qū)W生展示。
教師:老師拿的這個(gè)木板上的這些釘子需要拔出來,哪位同學(xué)愿意來幫老師?(可準(zhǔn)備工具如:羊角錘、螺絲刀等)
學(xué)生幫老師完成后,提出問題。
為什么我們用手拔不出來的釘子,用羊角錘這樣的工具就可以拔出來,它們有什么樣的特點(diǎn)呢?這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)一下。
由此引入本節(jié)內(nèi)容。
進(jìn)行新課
探究點(diǎn)一 認(rèn)識(shí)杠桿
1.合作探究:認(rèn)識(shí)杠桿
(1)多媒體展示如右圖。
(同學(xué)們見過這種機(jī)械嗎?你認(rèn)為它是怎樣使用的?)
學(xué)生活動(dòng):學(xué)生觀察大人用木棍撬重物的過程和小朋友玩蹺蹺板的過程。
分析與歸納:根據(jù)上述情景,結(jié)合自己的生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析:這些機(jī)械在什么情況下才能這樣運(yùn)動(dòng)?發(fā)生了怎樣的運(yùn)動(dòng)?
(這些機(jī)械在受到兩個(gè)力的作用的時(shí)候就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng))
(2)它們有什么共同之處?
引導(dǎo)學(xué)生們經(jīng)過討論得出相應(yīng)的結(jié)論,如都是硬棒,都受到了力的作用,在力的作用下都能圍繞某個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)等。
歸納杠桿的概念:一根硬棒,在力的作用下能繞某一固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),這根硬棒就是杠桿。
注意:“硬棒”的含義是指在力的作用下不發(fā)生或基本不發(fā)生形變;“轉(zhuǎn)動(dòng)”的意思是指杠桿能夠圍繞某個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),但不一定非要讓杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周。
2.合作探究:認(rèn)識(shí)杠桿的五個(gè)要素
學(xué)生活動(dòng):找到上述桔槔、木棍撬重物的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)。
歸納:杠桿繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn),叫做杠桿的支點(diǎn),用字母“O”表示。
問題:在木棍撬重物的過程中,木棍受到了幾個(gè)力的作用?這幾個(gè)力中又有哪些會(huì)影響木棍轉(zhuǎn)動(dòng)這一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)又在哪里?
歸納:使杠桿向著我們所期望的方向轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫做動(dòng)力,一般用F1表示;阻礙杠桿向著我們期望的方向轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫做阻力,一般用F2表示。
師:展示杠桿的圖片(如圖),找出這兩個(gè)杠桿的支點(diǎn)、動(dòng)力和阻力。
學(xué)生活動(dòng):教師利用多媒體動(dòng)畫展示:活塞式抽水機(jī)手柄壓水的畫面(如圖),觀察并確定支點(diǎn)的位置。
合作探究:認(rèn)識(shí)杠桿的力臂
提問:同學(xué)們小的時(shí)候都玩過蹺蹺板嗎?誰來告訴老師,小的時(shí)候你們是怎么蹺起比你重的小朋友的?(用學(xué)生喜聞樂見的游戲來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣)
實(shí)驗(yàn):我們來做一個(gè)實(shí)驗(yàn)。
我們先在桿的左邊固定一個(gè)鉤碼,當(dāng)成比你重的小朋友。在右邊用彈簧測(cè)力計(jì)拉,從左到右。老師演示,拉力的方向都保持與桿垂直,使桿在水平位置平衡。
提問:大家記錄數(shù)據(jù),同學(xué)們來概括一下彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的變化?
歸納:隨著作用點(diǎn)從左向右移動(dòng),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)越來越小,也就是力越來越小。作用點(diǎn)離支點(diǎn)越遠(yuǎn)力就越小,好像力的大小和支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離成反比關(guān)系。我們學(xué)過力的三要素——力的大小、方向和作用點(diǎn),同學(xué)們有沒有想過作用力的大小除了和力的作用點(diǎn)有關(guān),是不是也和力的方向有關(guān)?
實(shí)驗(yàn)演示:老師演示保持鉤碼位置不變,彈簧測(cè)力計(jì)的作用點(diǎn)也不變,只是改變拉力的方向。
提問:彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)如何變化?
歸納:原來力的大小除了和力的作用點(diǎn)有關(guān),還和力的方向有關(guān)。剛才我們說作用點(diǎn)離支點(diǎn)越遠(yuǎn),力越小,現(xiàn)在我們把這個(gè)補(bǔ)充得更完整:支點(diǎn)離力的作用線越遠(yuǎn),力越小。
總結(jié)出:力的作用效果受力及支點(diǎn)到力的作用線距離的影響。
從支點(diǎn)到力的作用線的距離叫做杠桿的力臂。即從支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離叫做動(dòng)力臂,一般用l1表示;從支點(diǎn)到阻力作用線的距離叫做阻力臂,一般用l2表示。如圖所示。
強(qiáng)調(diào):力臂是指杠桿在使用時(shí)支點(diǎn)到力的作用線之間的距離,即“點(diǎn)線之距”,而不是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)之間的距離。
例題講解:(學(xué)生先練習(xí),若有問題,教師補(bǔ)充講解)
例1 請(qǐng)?jiān)趫D中畫出動(dòng)力F1的力臂L1。
解析:由支點(diǎn)O向F1的作用線作垂線,垂線的長(zhǎng)度即為F1的力臂L1。
答案:如圖所示
例2 如圖是一種活塞式抽水機(jī)的示意圖。其中手柄AOB是一個(gè)杠桿,杠桿在動(dòng)力F1的作用下繞O點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng),請(qǐng)?jiān)趫D中畫出杠桿在B點(diǎn)受到阻力的示意圖和F1的力臂。
解析:由題圖知,此時(shí)向上提起杠桿的左端,杠桿會(huì)繞O點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),則B點(diǎn)會(huì)受到下面連桿向上的支持力,即阻力的方向豎直向上,過B點(diǎn)作豎直向上的阻力F2;反向延長(zhǎng)力F1畫出力的作用線,過支點(diǎn)O作動(dòng)力作用線的垂線段,即動(dòng)力臂L1。
答案:如圖所示
探究點(diǎn)二 杠桿的平衡條件
提出問題:物體在什么情況下稱之為平衡?二力平衡的條件是什么?
講述:如果物體處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),我們就說物體處于平衡狀態(tài),此時(shí)物體受到的力叫做平衡力;若物體只受到了兩個(gè)力的作用,而且這兩個(gè)力的大小相等、方向相反、作用在同一條直線上,那么我們就可以說這兩個(gè)力是一對(duì)平衡力。
討論:你認(rèn)為杠桿在什么情況下叫做平衡狀態(tài)?
(根據(jù)學(xué)生的回答進(jìn)行歸納和補(bǔ)充)
總結(jié):杠桿在靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候稱之為杠桿平衡。
合作探究:探究杠桿的平衡條件
(1)提出問題:杠桿平衡時(shí),動(dòng)力、動(dòng)力臂和阻力、阻力臂之間存在著怎樣的關(guān)系?
(2)猜想與假設(shè):幾位同學(xué)作出了幾種假設(shè),你還有其他的假設(shè)嗎?
(3)制訂計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn):
思考與討論:
A.杠桿兩端各裝1只可調(diào)節(jié)的螺母,能起什么作用?
(作用是調(diào)節(jié)杠桿自身的平衡。)
B.為什么要求杠桿靜止在水平位置呢?
師生共同討論,得出結(jié)論:
因?yàn)檫@樣力臂的數(shù)值能在杠桿上直接讀出或量出。
強(qiáng)調(diào):杠桿在水平位置平衡時(shí),杠桿自身重力的力臂為零,杠桿自身重力對(duì)杠桿的平衡不產(chǎn)生影響,且力臂大小可以直接從杠桿上讀出,測(cè)量非常方便。
實(shí)驗(yàn)步驟:
①調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母,使杠桿平衡。
②在杠桿兩邊掛上不同數(shù)量的鉤碼,調(diào)節(jié)位置,使杠桿重新平衡。
③把支點(diǎn)右邊的鉤碼對(duì)杠桿的拉力當(dāng)成動(dòng)力F1,其大小等于右邊的鉤碼重,支點(diǎn)左邊的鉤碼對(duì)杠桿的拉力當(dāng)成阻力F2,其大小等于左邊的鉤碼重。用刻度尺量出動(dòng)力臂l1和阻力臂l2,將各數(shù)值填入下表中。
④改變鉤碼的個(gè)數(shù),再做兩次,將數(shù)值填入下表中。
提問:對(duì)你的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,與假設(shè)對(duì)照,你的結(jié)論是什么?
(4)交流與合作:經(jīng)過交流,若發(fā)現(xiàn)你們的結(jié)論一致,你們的結(jié)論是什么?
歸納:杠桿的平衡條件是動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂。
杠桿平衡條件也稱為杠桿原理。
杠桿原理也可寫成=,即=。
(5)評(píng)估:如果你的結(jié)論與假設(shè)有差異,請(qǐng)你進(jìn)一步改進(jìn)探究方案,課后繼續(xù)探究。
說明:①在公式中各物理量的單位要統(tǒng)一;②若使杠桿平衡,動(dòng)力與阻力方向必須使杠桿繞支點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向相反,例如,同時(shí)使杠桿順(逆)時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),杠桿就不能平衡;③從公式看,動(dòng)力臂是阻力臂的幾倍,動(dòng)力就是阻力的幾分之一。
請(qǐng)同學(xué)們看教材第78頁(yè)的例題,然后試著完成下面的計(jì)算,若有問題教師再補(bǔ)充講解。
例3 如圖所示,杠桿AB放在鋼制圓柱體的正中央水平凹槽CD中,杠桿AB能以凹槽兩端的C點(diǎn)或D點(diǎn)為支點(diǎn)在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),長(zhǎng)度AC=CD=DB,左端重物G=12 N。當(dāng)作用在B點(diǎn)豎直向下的拉力F足夠大時(shí),杠桿容易繞________(選填“C”或“D”)點(diǎn)翻轉(zhuǎn),為使杠桿AB保持水平位置平衡,拉力最小值F1=________N,最大值F2=________N。(杠桿、細(xì)繩的質(zhì)量及摩擦均忽略不計(jì))
解析:當(dāng)作用在B點(diǎn)的拉力F足夠大時(shí),杠桿容易繞D點(diǎn)翻轉(zhuǎn);為使杠桿AB在水平位置平衡,根據(jù)杠桿的平衡條件F1l1=F2l2,以C點(diǎn)為支點(diǎn)時(shí),拉力最小,F(xiàn)1×lBC=12 N×lAC,lBC=2lAC,解得F1=6 N;以D點(diǎn)為支點(diǎn)時(shí),拉力最大,F(xiàn)2×lBD=12 N×lAD,lAD=2lBD,所以F2=24 N。
答案:D 6 24
例4 小華在做“探究杠桿平衡條件”實(shí)驗(yàn)的裝置如圖,杠桿上相鄰刻線間的距離相等。
甲 乙
(1)杠桿在如圖甲的位置靜止時(shí)________(選填“是”或“不是”)處于杠桿平衡狀態(tài)的。
(2)為使杠桿在水平位置平衡,應(yīng)將平衡螺母向________(選填“左”或“右”)端調(diào)節(jié)。
(3)如圖乙,杠桿在水平位置平衡后,在A點(diǎn)掛兩個(gè)鉤碼,每個(gè)鉤碼重0.5 N,在B點(diǎn)豎直向下拉彈簧測(cè)力計(jì),仍使杠桿在水平位置平衡,此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)應(yīng)為________N。當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)改為斜拉時(shí),再次使杠桿在水平位置平衡,則彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)將________(選填“變大”“變小”或“不變”)。
(4)小華改變鉤碼的個(gè)數(shù)和位置進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn),其目的是________。
解析:(1)杠桿的平衡狀態(tài)是指杠桿處于靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài),題圖甲中杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài),因而杠桿處于平衡狀態(tài)。(2)由題圖甲可知,杠桿不在水平位置,左端向下傾斜,說明杠桿的重心在左端,平衡螺母應(yīng)向較高的右端調(diào)節(jié)。(3)每個(gè)鉤碼重0.5 N,由題圖可知OB∶OA=2∶3,根據(jù)杠桿的平衡條件可得,F(xiàn)×OB=2G×OA,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù):F===1.5 N;斜向下拉時(shí),阻力和阻力臂一定,動(dòng)力臂變小,動(dòng)力變大,所以彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)將變大。(4)本實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)的目的是:使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更具有普遍性,避免實(shí)驗(yàn)結(jié)論的偶然性。
答案:(1)是 (2)右 (3)1.5 變大 (4)使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更具有普遍性,避免實(shí)驗(yàn)結(jié)論的偶然性
探究點(diǎn)三 生活中的杠桿
演示實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,在杠桿左邊掛兩個(gè)鉤碼,然后分別在A、B、C點(diǎn)用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向下拉杠桿使杠桿平衡,讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù),比較三種情況彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)大小與相應(yīng)的力臂之間的關(guān)系。
在實(shí)驗(yàn)討論的基礎(chǔ)上,啟發(fā)學(xué)生從動(dòng)力臂與阻力臂關(guān)系的角度來定義三種杠桿。
說明:通過對(duì)三種杠桿的分類認(rèn)識(shí),我們可以發(fā)現(xiàn):省力杠桿雖然省了力,但動(dòng)力移動(dòng)的距離比阻力移動(dòng)的距離大,即省了力卻費(fèi)了距離。同樣,費(fèi)力杠桿雖然費(fèi)了力,但動(dòng)力移動(dòng)的距離比阻力移動(dòng)的距離小,即費(fèi)了力卻省了距離。
省力杠桿的好處是用很小的力就能獲得很大的力,因此省力杠桿在生產(chǎn)和生活中應(yīng)用十分廣泛。那么,費(fèi)力杠桿要用很大的力才得到很小的力,是否就沒有用了呢?不是,用費(fèi)力杠桿我們可以省去很多的距離。
例題講解:(學(xué)生先練習(xí),若有問題,教師補(bǔ)充講解)
例5 下列工具屬于省力杠桿的是( )
A.鑷子 B.船槳 C.釣魚竿 D.扳手
解析:扳手在使用時(shí)動(dòng)力臂大于阻力臂,因此是省力杠桿;鑷子、船槳、釣魚竿在使用時(shí)動(dòng)力臂小于阻力臂,因此都是費(fèi)力杠桿。
答案:D
例6 如圖為工地搬運(yùn)磚頭的獨(dú)輪車,人抬起車把時(shí),車體可以看成一個(gè)杠桿。關(guān)于這個(gè)杠桿,下列說法正確的是( )
A.手握的位置靠近把手末端時(shí)更費(fèi)力
B.磚頭的位置遠(yuǎn)離車輪時(shí)抬起更省力
C.輪子的中心是杠桿的支點(diǎn)
D.圖中拉力F大于重力G
解析:輪子的中心是杠桿的支點(diǎn),手握的位置靠近把手末端時(shí),動(dòng)力臂更長(zhǎng),則更省力,A錯(cuò)誤,C正確;磚頭的位置遠(yuǎn)離車輪時(shí),重力的阻力臂變大,抬起更費(fèi)力,B錯(cuò)誤;根據(jù)杠桿平衡條件,動(dòng)力臂大于阻力臂,故圖中拉力F小于重力G,D錯(cuò)誤。
答案:C
課堂小結(jié)
本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了:
1.什么是杠桿及杠桿的五要素;
2.通過實(shí)驗(yàn)探究出了杠桿的平衡條件;
3.三種杠桿:省力、費(fèi)力、等臂杠桿。
本節(jié)課的難點(diǎn)是畫杠桿的力臂,大家課下要多練習(xí)。
下面完成“當(dāng)堂達(dá)標(biāo)”測(cè)試題。
布置作業(yè)
教材第80頁(yè)“動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理”第1至4題。
板書設(shè)計(jì)
序號(hào)
動(dòng)力
動(dòng)力臂
動(dòng)力×動(dòng)力臂
阻力
阻力臂
阻力×阻力臂
1
2
3
杠桿種類
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
優(yōu)、缺點(diǎn)
舉例說明
省力杠桿
l1>l2
此類杠桿省力,但是費(fèi)距離
獨(dú)輪車、起子、扳手等
費(fèi)力杠桿
l1l2,省力但費(fèi)距離
2.費(fèi)力杠桿:l1
這是一份初中人教版12.1 杠桿教案及反思,共6頁(yè)。教案主要包含了小組內(nèi)交流討論上述問題,進(jìn)行實(shí)驗(yàn),比哪個(gè)小組合作得最好,分析數(shù)據(jù),看哪個(gè)小組能找出答案,什么是杠桿等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份人教版八年級(jí)下冊(cè)第十二章 簡(jiǎn)單機(jī)械12.1 杠桿教案
這是一份初中物理12.1 杠桿教案,共10頁(yè)。教案主要包含了選擇題,填空題,綜合題等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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