10.1 科学探究：杠杆的平衡条件 教案

课题：科学探究：杠杆的平衡条件（第2课时）
科目：物理
教学对象：八年级
课时： １课时
一、教材分析
杠杆是一种简单机械，是从生活中抽象出来的一种简单机械的模型，是后面滑轮、滑轮组的基础。学好了杠杆的基本概念和平衡条件，就可以应用它去解决日常生活中有关的问题，应用杠杆模型去认识定滑轮、动滑轮的本质。杠杆平衡条件的探究的方法和过程是以后学习九年级其他物理规律和结论的基础，探究的步骤和解决问题的思想方法可以为以后的实验的基础。本节的主要内容是杠杆平衡条件的探究过程
二、学生分析
杠杆是学生日常生活中常见的工具，学生会切实感受到使用它的好处，学生的学习兴趣较浓。但是采用实验的方法去得出杠杆的平衡条件，其中需要应用探究的方法和具有数据处理的能力，部分学生在这方面还是不能运用自如。
三、教学目标
1．知道杠杆的平衡状态。
2、通过参与完整的科学探究活动，培养学生的制定计划和设计实验方案的能力，学会对获得信息进行处理，得出杠杆平衡的条件。
3、通过对实验数据的分析，培养学生的分析和评估能力。
四、教学重点及难点
【教学重点】 教学重点：实验探究杠杆的平衡条件的过程及其应用。
【教学难点】 杠杆平衡条件实验步骤的设计和数据处理。
五、教学器材
铁架台（12），钩码（72个），带刻度的杠杆（12），细线（若干），杆秤，芒果，多媒体设备等。
六、教学方法
教师引导法 学生自主合作探究法 归纳法
七、教学策略
“探究杠杆的平衡条件”是初中物理的一个学生分组实验，这个实验的难度不大，一般学生只要按照教材的安排，都能比较顺利地获得正确的结论。如果利用这个实验活动提高学生的科学探究能力，使学生在实验设计、数据采集、数据解读等方面能够获得更大的收益。本节课采取从生活中的杆秤引入杠杆平衡的概念，通过改变杆秤的力和力臂，杆秤从平衡到不平衡再到平衡的过程，引导学生提出问题：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？让学生猜想并引导学生设计实验，通过对实验数据分析并得出结论。
八、教学课时
1课时
九、教学过程
教师活动
学生活动
设计意图
(一) 复习导入：
o
G2
G1
△
上一节课我们认识了杠杆，知道杠杆有关的五要素，现在我们一起把图a中倾斜杠杆的这五要素标出来。
图a
师：好，现在请一个同学上来把图b中水平杠杆的力臂L1、L2标出来。
师：在生产生活实践中，人们常常利用杠杆的平衡来解决问题，那什么是杠杆的平衡呢？
同学们请看这是一根简易杆秤（演示：杆秤称芒果），它现在处于什么状态呢？
师：没错，是处于静止状态，也是平衡状态。像杆秤这种杠杆在使用时处于静止状态，还有剪刀在使用时（演示：用剪刀剪纸），是处于匀速转动状态，物理学中把杠杆的这两种状态称为杠杆的平衡状态。今天我们就来学习杠杆的平衡。（切换课件并板书）
生： 画水平杠杆的两个力臂
F2
F1
O
△
图b
思考并回答
学生1：静止状态
学生2：平衡状态
复习巩固
体现“从生活到物理”的理念
（二） 新课教学
杠杆的平衡
师：请同学们翻开课本，把杠杆平衡的定义划起来。
定义：
当杠杆在动力和阻力的作用下静止或匀速转动，我们就说杠杆此时处于平衡状态。
师：请同学们来看这根杆秤，如果我再放上去一个芒果，杠杆还平衡吗？
师：怎么让它重新平衡呢？
师：（演示秤砣往外移）好，现在重新平衡了，如果我把杆秤左边的力设为动力F1，右边的力设为阻力F2，那我刚才增加芒果是改变杠杆的哪个要素呢？
师：秤砣往外移又是改变了杠杆的哪个要素呢？
师：看来改变力和力臂可以使杠杆重新平衡，那么要研究“杠杆平衡时需要满足什么条件”，也就是研究“杠杆平衡时，动力F1、动力臂L1和阻力F2、阻力臂L2之间存在着怎样的关系？”。
2、探究杠杆的平衡条件
（1）提出问题：（课件展示）
杠杆平衡时，动力F1、动力臂L1和阻力F2、阻力臂L2之间存在着怎样的关系呢？
师：这四个量之间到底存在着怎样的关系呢？依据数学中的四则运算，这四个量之间可能存在以下关系
（2）猜想与假设（课件展示）
猜想：① F1 + L1 = F2 + L2
② F1 - L1 = F2 - L2
③ F1 × L1 = F2 × L2
④ F1 ÷ L1 = F2 ÷ L2
师：一般不同的物理量之间不能进行加和减，因为单位不同，所以接下来我们用实验来探究，看看杠杆平衡时这四个量之间到底存在这怎样的关系，那这个实验该如何设计呢？
（3）制定计划与设计实验（课件展示）：
实验设计一般包括这几方面
实验器材
实验步骤
实验方法
实验记录
师：现在这个实验是探究F1、L1和F2、L2之间的关系，那么利用什么器材来测量力的大小呢？
师：为了实验测量的方便，今天我们用钩码来代替弹簧测力计，每个钩码重0.5N，当我挂一个钩码时，对杠杆的作用力就是0.5N，演示在静止的倾斜杠杆两侧等距离处各挂一个钩码。
师：力的测量解决了，那力臂怎么测呢？现在我请一个同学上台来测量这根倾斜杠杆的右边这个力的力臂
师：看来这个位置不好测量力臂，所以我们今天利用杠杆在水平位置平衡来测量力臂，再让学生测静止的水平杠杆的力臂
师：杠杆在水平位置平衡时，力臂恰好与杠杆重合，这样可以在杠杆上直接读出力臂值。请同学们把课本上186页实验步骤一中，“杠杆调节至水平位置平衡”划起来，并做笔记“目的是：方便测量力臂”
师：现在器材已经选好了，我们来看看实验步骤怎么设计？
a、调节螺母，将没挂钩码的杠杆调节至水平位置平衡。
师：提问，那这根倾斜的杠杆（取下钩码）要怎么调节到水平位置平衡呢？同学们可以互相讨论一下，等下我请一个学生上台来调节一下。
师：调好之后，我们就要开始进行实验了，规定左边的力为动力F1，则右边的力为阻力F2。
（b）在杠杆的两边分别挂上数目不同的钩码，调节钩码到O点距离，使杠杆水平静止。
师：如果第一次我在左边10cm位置挂2个钩码，右边我也想挂2个，那应该
挂在几厘米位置才能让杠杆在水平位置平衡呢？
师：如果第二次我在左边15cm位置挂2个钩码，右边我想挂不同个数的钩码比如3个，那又应该挂在几厘米位置才能让杠杆重新在水平位置平衡呢？
师：第三次可以改变左边钩码的个数和悬挂位置，调节右边的钩码个数和悬挂位置，使杠杆仍在水平位置平衡，注意每次改变钩码个数和悬挂位置时应及时把动力、动力臂和阻力、阻力臂的实验数据记录在实验表格中，表格中有单位，不必再写单位。同学们在实验表格中先把实验序号1、2、3…标上去。
师：好，现在实验步骤也设计好了，下面请同学们按照设计好的实验步骤开始进行实验，当然实验数据同学们也可以自己设计，比如左边5cm位置挂2个钩码，调节右边钩码个数和悬挂位置，只要能使杠杆在水平位置平衡就可以了，不一定要按照我上面给你们设定好的数据。
（4）进行实验与收集证据（课件展示）
但是做实验之前要注意这几个实验注意事项：
1、挂钩码后，不能再移动平衡螺母。
2、读数时，杠杆仍要求是处于水平平衡状态，以便直接读出力臂的长度,注意单位
3、分工合作（4人一小组，如一人挂钩码时，另一人要扶住杠杆，两外两个人负责读取并记录实验数据，现在给你们5秒的时间分好工来）
（5）分析与论证（课件展示）
师：实验做好了，请同学们把实验器材整理好来，我们来分析一下实验数据，同学们把你们得到的数据代入上面的两个猜想中，看哪个猜想才是正确的。
师：拿三组学生的数据进行展示，发现杠杆平衡时动力与动力臂的乘积和阻力与阻力臂的乘积相等，请同学们在表格中添加这两列F1·L1/N·cm，
F2·L2/N·cm，把你们刚才运算的乘积填进去，其实我们对表格数据进行处理时，一般用四则运算，同一次实验不同物理量数据可以用来相乘或相除，不同次实验同一个物理量可以用来相除，寻找它们的倍数关系。
结论：杠杆的平衡条件是：
动力×动力臂 = 阻力×阻力臂
公式表示为：F1·L1=F2·L2
师：那其他的同学的数据可能跟这三位同学的数据不同，那你们有没有得到相同的结论呢？
师：所以这个结论是经过多次实验得出来的。
（6）评估（课件展示）
师：在探究“杠杆的平衡条件”实验中，有一组同学猜想杠杆的平衡条件可能是“动力＋动力臂＝阻力＋阻力臂”。他们经过实验，得到了下表内数据：
动力F1／N
动力臂L1／cm
阻力F2／N
阻力臂L2／cm
4
5
5
4
于是，他们认为自己的猜想得到了验证。你认为他们的实验过程存在什么问题？
师：一次实验数据不可靠，这个实验要进行多次测量，得到一般规律，避免偶然性
翻开课本185页划杠杆平衡定义并补充“匀速转动”，再齐声朗读一遍
思考并回答
生：不能
思考并回答
生：秤砣往外移
思考并回答
生：阻力F2
思考并回答
生：动力臂L1
翻开课本186页把提出问题划起来
听课并做笔记
思考并回答
生：弹簧测力计
思考并回答
生：刻度尺
生：用三角板测量倾斜实物杠杆的一个力臂（约1min）
生：很方便的测量出了杠杠的力臂
划书并做笔记
思考并讨论
生：右高将螺母向右调
思考并回答
生：20cm
生：10cm
聆听并在表格中标出实验序号
分组实验，并记录数据
实验
次数
动力
F1/N
动力臂
L1/cm
阻力
F2/N
力臂
L2/cm
1
?
?
?
2
?
?
?
3
?
?
?
?
计算并交流讨论
得出结论
思考并回答
生：有
思考并回答
生：实验次数太少，容易出现偶然性
强化课本的利用
体现从生活走向物理
通过实验引入课题
强化课本的利用
培养学生的实验设计能力
让学生体验：杠杆倾斜时，力臂不方便测量
强化课本的利用
自主学习，交流合作
培养学生设计实验步骤的能力
培养学生分析处理数据的能力
养成学生对实验进行评估的习惯
（三）课堂小结
本节课我们学习了杠杆的平衡，探究了杠杆的平衡条件
（四）作业布置
同步训练：130页至131页
十、板书设计
§10.1科学探究：杠杆的平衡条件（第2课时）
杠杆的平衡
定义
探究杠杆的平衡条件
F1·L1=F2·L2