沪粤版八年级物理下册 6.5探究杠杆的平衡条件 导学设计

6.5探究杠杆的平衡条件
教
材
解
读
本节主要内容有：认识杠杆及其五要素，探究杠杆的平衡条件，了解不同形式的杠杆在生活中的应用。
杠杆在生活和生产中有着广泛的应用，学好这部分知识具有重要的实际意义。杠杆是一种重要的简单机械，也是学习滑轮、轮轴等其他简单机械的基础。大部分学生对生活中的杠杆比较熟悉，也很感兴趣；但对杠杆的“五要素”及杠杆的平衡条件，还不清楚。通过本节课的学习，可以把学生的感性经验上升为理性认识。另外，让学生亲自经历探究杠杆平衡条件的全过程，有利于培养学生科学探究的能力。
本节教材基本上是按照“具体→抽象→具体”的思路编写的。教材从学生熟悉的生活实例“跷跷板”开始，提出问题，让学生开放地思考，找出最有价值的探究课题：怎样才能使跷跷板成水平平衡状态？然后，引导学生对“跷跷板”进行简化，利用木尺和钩码分别代替跷跷板和人进行探究，通过分析论证得出：木尺的水平平衡由两边力的大小和两力到支点的距离两个因素决定。在此基础上引出杠杆的概念，并介绍支点、力臂、平衡等名词。紧接着引导学生把实验探究得出的初步结论，升华为科学规律——杠杆的平衡条件。然后通过“例题”巩固探究所得的结论，从理性上认识跷跷板的奥秘。接着让学生根据杠杆平衡条件讨论：什么样的杠杆能省力？什么样的杠杆费力？什么样的杠杆既不省力也不费力？再通过“活动2”认识生活中形形色色的杠杆是如何工作的，工作时有什么特点。最后，介绍人体和高新科技中的杠杆，让学生既感到好奇，又能认识到杠杆应用的广泛性。
教
学
目
标
知识与技能
　1.知道什么是杠杆，能根据实物画出杠杆的示意图。
2.知道杠杆的平衡条件，会利用杠杆平衡条件解决一些简单的问题。
过程与方法
通过实验，探究杠杆的平衡条件，初步领会从具体到抽象的方法。
情感、态度与价值观
　通过了解杠杆在实际生活中的应用，体会到物理知识是有用的，培养学生对物理的兴趣。

重点：杠杆平衡条件的探究。这是一个较完整的实验探究，由于学生已有了一定的探究经验，教师不必做过多的提示，更不要包办，教师一定要给学生充分的时间完成探究过程。该探究可突出“进行实验”、“分析论证”两个要素，在进行实验时提醒小组内同学密切合作，防止杠杆翻倒和钩码脱落。
难点：杠杆力臂的画法。建议利用教材中例子抽象杠杆特征时，画出每个例子的杠杆示意图，强调力臂的作图步骤，在第一课时不要花过多时间进行纠正，可添加一节习题课专讲专练杠杆力臂作图。
合
作
探
究
探究课题：杠杆的平衡条件。
探究步骤：(1)调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在不挂钩码时，保持水平并静止，达到平衡状态。
　(2)给杠杆两端挂上不同数量的钩码，移动钩码位置，使杠杆水平平衡，记下杠杆两端各自的钩码重力(即拉力F1和F2)和对应的力臂L1和L2。
　(3)改变力和力臂的数值，再做两次实验，记下对应数据。
　分析论证：引导学生对数据进行加、减、乘、除等运算，找出它们之间的关系。(从物理意义角度来考虑，排除两个不同的物理量的加、减运算，因为即使最终数值相等，其结果也没有任何的意义)
　得出结论：F1L1＝F2L2
　引申操作：保持一侧钩码数量和位置不变，在钩码同侧用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆水平平衡，然后再将弹簧测力计斜向上拉，使杠杆水平平衡，观察两次测力计的示数有何不同？
　讨论交流：(1)实验前，如何调节平衡螺母使其在水平位置平衡？(调节方法：左倾右调，右倾左调)
　(2)为什么杠杆一定要在水平位置平衡？( A：使用前调节平衡螺母使杠杆水平平衡，是为了排除杠杆自重对其平衡的影响；B：实验过程中移动钩码位置，使杠杆水平平衡，是为了便于从杠杆上直接读出力臂的数值)
　(3)为什么要进行多次实验？(因为一次实验数据具有偶然性，所以要做多次实验，从而分析归纳出普遍规律)
教
学
建
议
可以利用多媒体创设情景，引入新课。如用多媒体展示：古埃及人建造金字塔时利用简单机械搬动巨大石块；我国古代利用桔槔在井上汲水；在现代建筑工地上，人们利用挖土机、起重机、吊车、钳子等工具进行劳动……让学生找出它们的共同特点。通过这些实例，有效地引起学生的注意，从而导入新课。
也可以通过小实验引入。例如自制“蜡烛跷跷板”：①把蜡烛底端的蜡刮掉一些，让它像顶端一样露出烛芯。②把缝衣针从蜡烛中部穿过，露出的针头、针尾架在两只杯子的边缘上。③用薄铁皮(或塑料板)剪成两个小人儿，用腿间的尖头插立在蜡烛上，两个小人儿的位置到缝衣针的距离相等。调试蜡烛，使它平衡。这就做成了一个蜡烛跷跷板。④点燃蜡烛两头，熔化的蜡就会一滴一滴地不断滴下来。滴下蜡油的一端会向上翘一些，蜡烛两端会交替上下晃动，跟跷跷板一样。这个实验能极大地激发学生探究的兴趣。
还可以通过小游戏引入，例如进行“拔钉比赛”：出示两个相同的铁钉和木板，教师用羊角锤把铁钉钉入木板，邀请男、女两个学生上讲台，男同学试着用手拔钉子(提醒学生注意安全，别弄伤了手)，女同学用羊角锤拔钉子，结果女生赢了。女生为什么会取胜？这个工具起什么作用？这节课就来学习这方面的内容。
教
学
方
法
实验探究、交流讨论、阅读。
备课
资料
Word版电子教案、匹配的课件见光盘“教学参考资源”文件夹之本节相应内容
学点1　认识杠杆
问题1：杠杆的概念
现象观察：如图6－5－1所示。
图6－5－1
思考1：跷跷板有什么特点？
回答：跷跷板能绕固定点__转动__。
总结：物理学中，把能绕某一固定点转动的硬棒(直棒或曲棒)，叫做__杠杆__。
思考2：图中跷跷板保持水平时，大人和小朋友坐的位置有什么特点？
回答：大人离固定点较__近__，小朋友离固定点较__远__。
问题2　杠杆的五要素
事例展示：如图6－5－2所示。
图6－5－2
总结：杠杆绕着转动的点(图中O点)叫做__支点__；使杠杆转动的力F1叫做__动力__，阻碍杠杆转动的力F2叫做__阻力__；从支点到动力作用线的距离L1叫做__动力臂__，从支点到阻力作用线的距离L2叫做__阻力臂__。
学点2　杠杆的平衡条件
实验探究：探究杠杆的平衡条件
实验展示：如图6－5－3所示。
图6－5－3
思考1：怎样才叫杠杆平衡？
回答：杠杆在动力和阻力作用下处于__静止__状态，叫做杠杆平衡。
思考2：实验前如何使杠杆处于水平平衡？
回答：调节杠杆两端的平衡螺母，并按“左倾___右___调、右倾__左__调”的原理进行调节。
思考3：实验时为什么要保持杠杆水平平衡？
回答：杠杆保持水平平衡时，动力臂和阻力臂都在__杠杆__上，便于测量。
实验过程：将杠杆调平后，在杠杆的两端分别挂上数量不同的钩码，用F1、F2表示钩码的拉力，用L1、L2表示钩码离悬挂点O的距离。改变钩码数量和它们离开O点的距离，使杠杆处于水平静止状态。
数据记录：如下表所示。
次数
动力F1/N
动力臂L1/cm
阻力F2/N
阻力臂L2/cm
1
1
8
2
4
2
2
8
1
16
3
2
12
3
8
数据分析：①F1L1＝1 N×8 cm＝8 N·cm，F2L2＝2 N×4 cm＝8 N·cm，则__F1L1＝F2L2__；②F1L1＝2 N×8 cm＝16 N·cm，F2L2＝1 N×16 cm＝16 N·cm，则F1L1＝F2L2；③F1L1＝2 N×12 cm＝24 N·cm，F2L2＝3 N×8 cm＝24 N·cm，则__F1L1＝F2L2__。
总结归纳：杠杆平衡时，杠杆的动力乘动力臂__等于__阻力乘阻力臂，即杠杆的动力臂L1是阻力臂L2的几倍，杠杆的动力F1就是阻力F2的__几分之一__。这就是杠杆的平衡条件。
实验拓展：(1)多次实验的目的是使得出的结论更具有__普遍性__。
(2)由杠杆平衡条件F1L1＝F2L2可知，当动力臂__大于__阻力臂时，动力较小，杠杆__省__力；当动力臂__小于__阻力臂时，动力较大，杠杆__费__力；当动力臂__等于__阻力臂时，动力与阻力相等，杠杆既不省力也不费力。
学点3　杠杆的作用
问题1：杠杆的分类
事例观察：如图6－5－4所示。
图6－5－4
思考：三种剪刀有什么特点？
总结：铁皮剪刀手柄长，动力臂__大__，使用时__省力__，为省力杠杆；理发剪刀手柄短，动力臂__小__，使用时__费力__，为费力杠杆；普通剪刀手柄和刀口长短差不多，动力臂与阻力臂相差不多，使用时__既不省力也不费力__，为等臂杠杆。
问题2：杠杆的应用
事例观察：如图6－5－5所示。
图6－5－5
思考1：图中哪些杠杆省力，哪些杠杆费力，哪些杠杆既不省力也不费力？
回答：__撬棒、开酒瓶的起子、铡刀和手动抽水机__是省力杠杆，__缝纫机踏脚板__是费力杠杆，__托盘天平__是等臂杠杆。
思考2：使用这三类杠杆有什么好处？
回答：省力杠杆可以__省__力，但__费__距离；费力杠杆虽然__费__力，但可以__省__距离；等臂杠杆__既不省力也不费力__，且既不省距离也不费距离。