12.1杠杆（教案）--人教版八年级物理下册同步（新教材）

第1节　杠杆
1.物理观念：
（1）能识别出杠杆，准确找出杠杆的五要素。
（2）知道杠杆的平衡条件，并能进行相关计算。
（3）能对杠杆进行分类，选择合适的杠杆解决生活中的实际问题。
2.科学思维：辨析生活中的有关实例，了解杠杆是一种模型，初步认识模型建构在物理学中的作用。
3.科学探究：经历探究杠杆平衡条件的过程，基于数据分析得出杠杆的平衡条件，培养获取、处理信息和分析论证的科学探究能力。
4.科学态度与责任：
（1）通过亲身参与探究杠杆的平衡条件实验，体验科学探究的全过程，形成严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度。
（2）在利用杠杆的平衡条件去解决实际问题的过程中，感受物理与社会生活的联系，激发学生的学习热情。
（3）了解我国古代的杠杆，体会物理学对社会发展的推动作用，增强学生的民族自豪感和爱国情怀。
1.教学重点：探究杠杆的平衡条件。
2.教学难点：建立杠杆模型，准确画出杠杆的力臂。
［展示］播放科技馆利用杠杆吊汽车的视频。
［提问］请大家结合天平的使用，思考为什么人可以轻轻松松地把汽车吊起来。
　任务一　杠杆
教师活动 学生活动
［提问］观察多媒体课件中跷跷板、羊角锤、开瓶器的结构，想一想它们从结构上、受力分析上有什么共同的特点呢？ ［总结］如图，像这样在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒叫作杠杆。 支点：杠杆可以绕其转动的点，常用O表示。 动力：使杠杆转动的力，常用F1表示。 阻力：阻碍杠杆转动的力，常用F2表示。 动力臂：从支点到动力作用线的距离，常用l1表示。 阻力臂：从支点到阻力作用线的距离，常用l2表示。 ［展示］播放关于开瓶器与羊角锤拔钉子工作过程的图片，引导学生找出支点，正确画出动力和动力臂、阻力和阻力臂，并总结力臂的作图方法。 ［总结］力臂的作法：力臂是支点到力的作用线的距离，即支点到力的作用线的垂线段的长。作力臂的一般方法为： ①找出支点并用O标出来； ②通过力的作用点画出力的作用线； ③过支点O向力的作用线作垂线，用符号标出垂足； ④用两端带箭头的线段标出支点到垂足的距离，写上相应的符号（l1或l2），即为该力的力臂。 ［交流讨论］从结构上看，这些机械均可以绕一个固定点转动，都由硬质材料做成。从受力分析上看，它们都受到使其顺时针或逆时针转动的力的作用。 ［观察作图］观察开瓶器开启瓶盖的工作动图，在教师的示范下，结合教师总结的作图方法，画出杠杆的五要素。 ［回答］
　任务二　杠杆的平衡条件
教师活动 学生活动
［过渡提问］当天平处于水平位置静止，我们就认为天平平衡。在玩跷跷板时，改变跷跷板上的压力大小或改变压力的作用位置都可以使跷跷板发生转动，说明力的大小和力的作用点都会影响杠杆的平衡，那杠杆想要平衡需要满足何种条件呢？ ［设计实验］要探究杠杆的平衡条件，就需要找到影响杠杆平衡条件的因素，并确定它们之间的关系？你能想到哪些影响因素？如果涉及多个因素应该怎样探究？ ［展示］实验装置如图，先调节杠杆两端的螺母，使杠杆保持水平并静止，达到平衡状态。 ［提问］（1）为什么要将支点定在杠杆中心？ （2）为什么要让杠杆处于水平平衡状态？ （3）如何改变阻力（或动力）与阻力臂（或动力臂）的大小？ ［实验步骤］（1）给杠杆两侧挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆重新在水平位置平衡。这时杠杆两侧受到的作用力的大小等于各自钩码所受的重力的大小。 （2）把右侧钩码对杠杆施的力记为动力F1，左侧钩码对杠杆施的力记为阻力F2；测出杠杆平衡时的动力臂l1和阻力臂l2；把F1、F2、l1、l2的数值填入表中。 （3）保持阻力F2和阻力臂l2不变，改变动力F1，相应调节动力臂l1的大小，再做几次实验，把数值填入表中。 （4）保持动力F1和动力臂l1不变，改变阻力F2，相应调节阻力臂l2的大小，再做几次实验，把数值填入表中。 ［提问］（1）从实验过程（3）中，你能得出什么结论？ （2）从实验过程（4）中，你能得出什么结论？ ［总结］实验结果表明，要使杠杆平衡，需要满足条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，或写为F1l1=F2l2。 ［想想议议］在上面的实验中，我们研究了动力和阻力位于支点两侧的情况。仔细观察如图所示的杠杆，它与上面实验中研究的杠杆有什么不同？ ［展示例题］动物园内，一位物理老师利用一个小小的弹簧测力计，就测出了一头大象的质量（如图甲）。测量时用一根长度为12m的槽钢作为杠杆。如图乙所示，吊钩固定于槽钢的中点O。当槽钢水平静止时，弹簧测力计的示数F1为200N。测得l1为6m，l2为4cm。若不计铁笼的质量，请估算大象的质量。g取10N/kg。 ［回答］杠杆支点两侧所受的动力、阻力，以及动力臂、阻力臂都会影响杠杆的平衡，所以应该找出这四个量之间的关系。我们可以先保持杠杆一侧的两个量不变，如先保持左侧的阻力和阻力臂不变，改变另一侧的两个量，即右侧的动力和动力臂。然后再保持右侧的动力和动力臂不变，改变左侧的阻力和阻力臂。 ［分组合作］按照要求以小组合作的方式组装实验器材，不断调整器材的位置和高度，使杠杆在不挂钩码时保持水平平衡。 ［回答］（1）为了消除杠杆自重的影响。 （2）方便测量力臂。 （3）通过调节杠杆上钩码的位置与数量。 ［小组合作］观察现象，记录数据。 ［分析数据］杠杆平衡时，动力×动力臂=阻力×阻力臂。 ［回答］（1）阻力和阻力臂一定时，动力臂越大，动力越小，且动力和动力臂成反比。 （2）动力和动力臂一定时，阻力臂越大，阻力越小，且阻力和阻力臂成反比。 ［回答］杠杆与上面实验研究中的杠杆动力、阻力和支点之间的位置不同，图片中杠杆的动力和阻力位于支点的同侧。 ［解答例题］解：人通过弹簧测力计对杠杆的拉力为动力F1=200N，动力臂l1=6m；不计铁笼的质量，则大象对杠杆的拉力为阻力F2，它等于大象所受的重力G，阻力臂l2=4cm=0.04m。根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2，有F2===3×104N；大象的质量m====3×103kg=3t。
　任务三　生活中的杠杆
教师活动 学生活动
［提问］生活中的很多工具都是杠杆，下面这些工具在正常使用时，哪个省力？哪个费力？ ［展示］多媒体课件中撬棒、船桨、天平的五要素图片，归纳出三种杠杆的特点。 ［总结］生活中的杠杆可以分为三类： （1）等臂杠杆：动力臂等于阻力臂，不省力也不费距离。如托盘天平等。 （2）省力杠杆：动力臂大于阻力臂，动力小于阻力，省力但费距离。如撬棒、铡刀、小推车等。 （3）费力杠杆：动力臂小于阻力臂，动力大于阻力，费力但省距离。如铁锹、船桨、筷子等。 ［提问］请大家结合三种杠杆的特点，对下列图片和动画中的简单机械进行分类。它们各属于省力杠杆、费力杠杆还是等臂杠杆？ ［科学世界］杠杆在我国古代就有许多巧妙的应用。在很早以前，就有用来从井中汲水的桔槔、用来舂米的踏碓，以及利用水力的水碓等。我国古代还有许多杠杆的应用。明代的科技著作《天工开物》中就记载了许多利用杠杆的器具，有兴趣的同学可以进一步研究。 ［交流讨论］①撬棒属于省力杠杆：动力臂大于阻力臂；可以省力，但要费距离。②船桨属于费力杠杆：动力臂小于阻力臂；可以省距离，但要费力。③天平属于等臂杠杆：动力臂等于阻力臂；既不省力，也不省距离，但可以改变力的方向。 ［回答］结合三种杠杆的特点，学生尝试对生活中的杠杆进行分类：指甲剪（省力）、自行车手闸（省力）、剪刀（费力）、羊角锤（省力）、镊子（费力）、老虎钳（省力）。 ［阅读思考］阅读教材P109中的“科学世界”，听教师介绍我国古代的杠杆，感受杠杆在生产生活中的应用，尝试从这些工具中找出杠杆模型。
教师活动 学生活动
［任务］请以思维导图的形式，总结本节课的知识。 ［总结］通过这节课的学习，我们共同学习了杠杆的相关知识，我们也了解了杠杆的特点、好处，最重要的是我们探究了杠杆的平衡条件，还能够根据杠杆的平衡条件进行分析、判断和简单计算。我们还了解了杠杆可以分成三种：①省力杠杆（l1＞l2，F1＜F2，省力，但费距离）；②费力杠杆（l1＜l2，F1＞F2，费力，但省距离）；③等臂杠杆（l1=l2，F1=F2，既不省力，也不省距离）。我们也熟悉了生活中一些常见的杠杆，并对它们进行了分析，了解了它们的广泛应用。 ［小组合作］总结本节课知识，绘制思维导图。
第1节　杠杆