10.1 科学探究：杠杆的平衡条件 导学设计

第十章　机械与人
第一节　科学探究： 杠杆的平衡条件
教
材
解
读
本节课是在学习了力和运动以及重力、弹力、摩擦力之后编排的，通过本节课的学习，学生既可以对前面学过的力的概念和二力平衡有所巩固和加深，又可以对其他简单机械以及功和能的学习打下基础，从教材的整体结构来看，本节起到了联系前后知识点的纽带作用。　杠杆是生活中常见的简单机械，引导学生用科学抽象的方法建立杠杆的概念；然后通过实验探究，引导学生寻找杠杆的平衡条件。本节内容分两课时进行。
教
学
目
标
　
知识与技能
1.认识杠杆，知道杠杆的几个概念，会确认并画出力臂。2.知道杠杆平衡条件。
　3.了解杠杆的一些应用。
过程与方法
1.通过观察和实验，了解杠杆中的几个概念。2.经历探究杠杆平衡条件的过程，进一步学会提出问题，会分析归纳实验数据。
情感、态度
与价值观
　　1.关心社会生产、生活，保持对自然现象的好奇心， 并乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理。2.逐步建立辩证唯物主义的世界观。
重
点
难
点
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，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。建议画出作用在同一点不同方向的力的力臂，从而加深学生对力臂概念的理解，作图时要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，分别记下杠杆两端的钩码重力(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，但其结果没有任何的意义)
　得出结论：F1l1＝F2l2。
　引申操作：保持支点一侧钩码数量和位置不变，在与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)为什么一定要使杠杆在水平位置平衡？(为了排除杠杆自重对其平衡的影响，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结论)
【导入一】 (再现“豪言壮语”点题)
阿基米德是两千多年前古希腊杰出的科学家，他有一句豪言壮语：“给我一个支点和一根足够长的杠杆，我就能撬动地球。” 你认为他是在吹牛，还是同意他的观点？别着急下结论，学了今天的知识，你可能会有新的判断。今天我们来认识杠杆。
【导入二】 (观看动画讲解点题)
利用多媒体播放动画片《喜羊羊与灰太狼》片段。
师：慢羊羊和喜羊羊是用什么工具给灰太狼拔牙的呢？(出示自制模型，并进行使用演示)请同学们观察，这两种工具在使用时有什么共同的特点？
生：在力的作用下，能绕着固定点转动。
师：我们将其称之为杠杆，杠杆是一种非常简单的机械，它们就在我们的身边，应用十分广泛，如撬石头的撬棒、抬箱子的扁担，甚至连剪刀、铁锹的柄都是杠杆。今天，我们就来学习杠杆的有关知识。
学点1　认识杠杆
观察：如图10－1－1(a)所示，用一根硬棒撬动石头，图(b)是图(a)的抽象图。结合两图理解下面的概念。
图10－1－1
问题1：杠杆：在物理学中，这种在__力__的作用下能绕着__固定__点__转__动的硬棒就称为杠杆。
问题2：支点：杠杆绕着__转动__的固定点。
动力：使杠杆__转动__的力。
阻力：__阻碍__杠杆转动的力。
动力臂：从支点到__动力作用线__的距离。
阻力臂：从支点到__阻力作用线__的距离。
学点2　探究杠杆的平衡条件
实验器材：支架、带有刻度的杠杆(或再配备刻度尺)、钩码。
实验步骤：(1)调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡。如果发现杠杆右端下倾，则应将左端的平衡螺母向__左__调。即左倾__右__调，右倾__左__调。
(2)给杠杆两端挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆平衡，这时杠杆两端受到的作用力分别等于杠杆两端所挂钩码的__重力__。
(3)记录l1、l2、F1、F2的数值于表格中。
(4)改变力和力臂的数值，再做几次实验。
(5)记录表格(下表为参考表格及数据)：
实验
序号
动力
F1/N
动力臂
l1/cm
阻力
F2/N
阻力臂
l2/cm
1
2
4
2
4
2
4
6
3
8
3
3
8
4
6
实验分析：对每一次实验表格中的动力和动力臂、阻力和阻力臂进行分析，找出其中存在的规律。
实验结论：杠杆平衡的条件：__动力×动力臂＝阻力×阻力臂__或__F1l1＝F2l2__。
要点点拨：调节杠杆在水平位置平衡的目的是__便于直接读取(或测量)力臂的大小__。
学点3　杠杆的运用
观察：如图10－1－2所示是生产、生活中常见的几种杠杆。
图10－1－2
问题：图(a)中的钉锤是__省力__杠杆；图(b)中的跷跷板是__等臂__杠杆；图(c)中的钓鱼竿是__费力__杠杆。