沪科版物理八年级下学期：10.1 科学探究：杠杆的平衡条件 教案+导学案+课时作业设计（含答案）

第一节 科学探究：杠杆的平衡条件
一、教学目标
1．观察生活、生产中的一些常用的杠杆，能从中提取出共同的特征，并能在杠杆上确认动力、阻力、支点、动力臂和阻力臂。
2．能根据一定的标准对杠杆的使用特点以及作用效果等进行分类。
3．通过参与探究活动，能对杠杆的平衡条件进行猜想与假设，设计实验方案，得出杠杆的平衡条件。
二、教学重难点
重点：杠杆及杠杆的五要素、杠杆的平衡条件、杠杆的分类。
难点：正确画出力臂和利用杠杆条件解决简单问题。
教学过程
（教学案）
一、情境引入
2012年，山东省港航将投资95亿元继续加大港航基础设施建设，确保沿海港口吞吐量突破10亿吨。内河建设今年计划完成投资12亿元，新增港口吞吐能力2600万吨。你知道集装箱门机是如何把庞大的集装箱吊起的吗？
二、互动新授
(一)认识杠杆
1．定义
请学生观察教材图10－1中所示的各种杠杆，通过讨论说出它们有什么共同的特征。经过讨论，让学生说出它们的共同特征。
教师展示部分杠杆，让学生利用自带的工具打开汽水瓶盖，并仔细观察所使用的工具是怎样工作的。组织学生交流瓶盖起子是如何转动的？手向哪个方向用力？瓶盖起子的哪个部位不动？
通过上述活动，引导学生总结杠杆的基本条件：都受力的作用，都是硬棒，都有固定转动轴。
总结得出杠杆的定义：在力的作用下，能绕某一固定点转动的硬棒，物理学中叫做杠杆。
教师引导分析：杠杆可能是独立的，也可能是某个组合机械的一部分，杠杆的外形多种多样，可直可弯、可粗可细。而作为杠杆的条件是：一根硬棒、有力的作用、必须能绕某固定点转动。例如：汽水瓶起子在没有使用时，就不能称为杠杆。
让同学举例生活和生产中的杠杆。
2．杠杆的五要素
用羊角锤拔木板上的钉子，仔细观察羊角锤是怎样拔出钉子的，引导学生观察羊角锤在拔钉子的过程中是如何运动的？手施加怎样的力？钉子对羊角锤有没有力的作用？在此基础上，结合教材图10－2认识杠杆的五要素，让学生明确它们的概念，并利用课件展示跷跷板的示意图，示范杠杆五要素的画法，特别强调力臂的画法，使学生明确力臂是支点到动力作用线或阻力作用线的距离。并让学生重点练习。
引导学生总结出力臂的画法：首先确定杠杆的支点，再确定力的作用线画力臂。然后画出从支点到力的作用线的垂线，垂足要落在力的作用线上，符号指明哪个线段是力臂。
可以将力臂的画法简洁记忆为：一找点(支点)，二画线(力的作用线)，三作垂线段(支点到力的作用线的垂线)，四标明字母(用字母标出杠杆的五要素)。
(二)杠杆的平衡
1．杠杆的平衡
提问：什么是杠杆的平衡呢？
实验探究：(1)用你手中的杆秤怎样称质量不等的物体呢？
(2)用橡皮、小刀、直尺、硬币等物怎样组成杠杆，并使其平衡呢？
归纳结论：当杠杆在动力和阻力的作用下静止或作缓慢的匀速转动时，我们说杠杆处于平衡状态。
2．杠杆平衡的条件
实验探究：(1)提出问题：杠杆平衡时，动力、动力臂和阻力、阻力臂之间存在着怎样的关系？
(2)猜想与假设：几位同学作出了几种假设，你还有其他的假设吗？
让学生自己回答。
(3)制定计划与设计实验：
思考与讨论：①杠杆两端装置两只可调节的螺母，能起什么作用？
②为什么要求杠杆静止在水平位置呢？
师生共同讨论，得出结论：①作用是调节杠杆自身的平衡。
②因为这样力臂的数值在杠杆上，就能直接读出或量出。
借助教材图10－3所示的实验装置，探究F1、F2、l1、l2之间的关系。
(4)进行实验与收集证据。
①在硬杆的两边分别挂上数目不同的钩码，用F1、F2表示钩码的拉力，用l1、l2表示悬挂点到支点O的距离；
②改变钩码数目(F1、F2)，移动其悬挂的位置，使杠杆仍在水平位置平衡，将数据填入下表。
实验次数
动力F1/N
动力臂l1/m
阻力F2/N
阻力臂l2/m
1
2
3
让学生对所记录的数据进行分析处理，与猜想与假设对照得出结论。
杠杆的平衡条件是：动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即F1l1＝F2l2。
教师补充：(1)在公式使用中个物理量的单位要统一；(2)动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。
(三)杠杆的运用
1．杠杆的分类
演示并提问：按照如图所示装置的杠杆在水平位置平衡，应在A点或B点或C点施加一个多大的竖直向下的动力？(每个钩码的重力为0.5N)
先让学生利用杠杆的平衡条件计算出各个力的大小，然后教师用弹簧测力计分别测量各点动力的大小，验证答案的正确性，并讨论三种情况的特点。
小组讨论并总结：(1)在杠杆的A点施加一个竖直向下的0.5N的拉力，可使杠杆在水平位置平衡，这是用较小的动力克服较大的阻力，使用这种杠杆可以省力，称为省力杠杆；(2)在杠杆的C点施加一个竖直向下的2N的动力，可使杠杆在水平位置平衡，这是用较大的动力克服较小的阻力，使用这种杠杆可以费力，称为费力杠杆；(3)在杠杆的B点施加一个竖直向下的1N的动力，可使杠杆在水平位置平衡，使用这种杠杆既不省力也不费力，动力臂与阻力臂，被称为等臂杠杆。
2．三种杠杆的特点：
结合教材图10－5的例子，让学生讨论并标出这些杠杆的支点，画出动力、阻力、动力臂、阻力臂。思考讨论：根据杠杆的平衡条件分析，为什么有的杠杆省力？有的费力？有的既不省力也不费力？进一步分析力与力臂的关系，得出三种杠杆的特点。
结合刚才的例子组织学生讨论使用费力杠杆和省力杠杆的好处，根据学生讨论交流总结，并用加以课件展示。
杠杆类型
省力杠杆
费力杠杆
等臂杠杆
力的大小关系
F1＜F2
F1＞F2
F1＝F2
力臂的大小关系
l1＞l2
l1＜l2
l1＝l2
力的作用点移动距离的大小关系
s1＞s2
s1＜s2
s1＝s2
让学生利用杠杆的特点分析教材图10－6中人体中的“杠杆”，并小组讨论生活中的杠杆，并说出杠杆的类型和特点。
三、课堂小结
四、板书设计
第一节　科学探究：杠杆的平衡条件
一、杠杆
1．定义：在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒
2．杠杆的五要素：支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂
二、杠杆的平衡
1．平衡状态：当杠杆在动力和阻力的作用下静止是，我们就说此时杠杆处于平衡状态
2．平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即F1l1＝F2l2
三、杠杆的运用
1．省力杠杆：动力臂大于阻力臂
2．费力杠杆：动力臂小于阻力臂
3．等臂杠杆：动力臂等于阻力臂
五、教学反思
本节课首先让学生利用生活中的杠杆进行体验，如用起子起瓶盖等，并对其进行分析总结归纳出杠杆的定义，并通过实际操作得出杠杆的五要素。进而探究杠杆的平衡条件，得出结论，这大大激发了学生的学习兴趣，活跃了课堂气氛。本节课中的难点是学生还不能熟练掌握力臂的画法，从三个方面加强了突破，首先确定支点，然后确定力的作用点，并画出相应的力的作用线所在的直线，接着从支点向力的作用线做垂线，得出的垂直距离即为力臂，通过多种形状的力臂的画法的训练巩固了力臂的画法，避免了将从支点到力的作用点的距离当成力臂等多种错误的作图方式。
（导学案）
一、学法点津
通过生活中常见的杠杆，画出杠杆力臂的示意图，把杠杆的五要素展示出来，建立直观图像。结合杠杆的平衡条件进行分析，从而熟练画杠杆的步骤和杠杆的分类。
二、学点归纳总结
（一）知识要点总结
1．杠杆的定义：在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒。
五要素：支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂。
2．杠杆平衡的条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即F1l1＝F2l2。
3．杠杆的运用：省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆、
（二）规律方法总结
1．杠杆成立的条件：(1)有力存在；(2)一根硬棒：这根硬棒不能因受力而发生形变，且是否为硬棒，与棒的形状无关；(3)有固定点，即支点，指硬棒在力的作用下绕着转动的点。
2．判断杠杆是否平衡：根据杠杆的平衡原理，判断杠杆是否能保持平衡只要看“动力和动力臂的乘积”与“阻力和阻力臂的乘积”是否相等。如果乘积相等，则杠杆平衡；若乘积不等，则杠杆将向乘积大的一边下沉。
课时作业设计
一、选择题
1．下列关于杠杆的说法正确的是(　　)。
A．杠杆不一定是硬棒　　　 B．支点一定在杠杆的中点
C．杠杆一定是直的　　　　 D．杠杆可以是弯的　
2．如图所示是探究“杠杆平衡条件”的实验装置，用弹簧测力计在C处竖直向上拉，杠杆保持平衡。若弹簧测力计逐渐向右倾斜，仍然使杠杆保持平衡，拉力F的变化情况是(　 )。
A．变小 B．变大 C．不变 D．无法确定

第2题图 第3题图 第5题图
3．衣服夹是一种常用物品，图中出了用手捏开和夹住物品时的两种情况。下列说法正确的是(　 )。
A．当用手将其捏开时，它是费力杠杆
B．当用其夹住物品时，它是费力杠杆
C．无论用手将其捏开还是夹住物品时，它都是费力杠杆
D．无论用手将其捏开还是夹住物品时，它都是省力杠杆
4．自行车上有许多简单机械，以下说法错误的是(　　)。
A．车把是一个省力杠杆 B．脚踏板是一个省力杠杆
C．前闸把手是一个省距离的杠杆 D．后闸把手是一个省力杠杆
二、填空题
5．如图所示，一位母亲推着婴儿车行走，当前轮遇到障碍物时，母亲向下按扶把，若把婴儿车视为杠杆，这时杠杆的支点是__________；当后轮遇到障碍物时，母亲向上抬起扶把，这时婴儿车可视为　__________杠杆(填“省力”或“费力”)。
6．利用杠杆投掷石球，如图所示，作用在A点的力沿__________时最小。已知石球重100N，OA：OB＝1：4，则作用在A点力的最小值为___________(不计杠杆自重及摩擦)。
三、作图题
7．如图所示，杠杆OB可绕O点转动，在力F的作用下在水平位置平衡，画出力F的力臂L。
四、实验探究题
8．小明在探究“杠杆的平衡条件”实验中，
(1)实验前他应先调节杠杆在水平位置平衡，其目的是_________________________。
(2)杠杆平衡后，小明在图甲所示的A位置挂上两个钩码，可在B位置挂上________个钩码，使杠杆在水平位置平衡。
(3)他改用弹簧测力计在图乙所示的C位置斜向下拉，若每个钩码重1N。当杠杆在水平位置平衡时，测力计的示数将________(选填“大于”、“等于”或“小于”)1N。
【参考答案】
1．D 2．B 3. B 4．C 5．后轮　　 省力 6.b　 400N
7．如图所示。
8．(1)便于在杠杆上直接读出力臂的大小　　　(2)4　　(3)大于