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第十一章 简单机械
第一节 探究：杠杆的平衡条件
1.物理观念
认识杠杆，了解关于杠杆的五要素（支点、动点、阻力、动力臂、阻力臂），能求作力臂.理解杠杆的平衡条件，并会进行相关计算.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．
2.科学思维
经历探究杠杆平衡条件的过程，学习分析实验现象，寻找数据间的规律，从中归纳出实验结论的一般方法.
3.科学探究
通过观察和实验，了解杠杆的结构，具有一定的观察能力、分析和概括能力.能从常见的工具和机器中识别杠杆的种类，了解杠杆的应用．
4.科学态度与责任
关心生活、生产中杠杆的应用.培养学生探究合作交流和精神，以及在交流与讨论中所持的正确态度.
重点：杠杆的平衡条件、杠杆的结构、杠杆的分类与识别．
难点：力臂的概念及画法，变形杠杆的分析.能正确地在周围生活中发现和分析各种杠杆，具有利用杠杆方便自己工作的意识．
一、新课导入
看古代战争片时,经常能看到一种攻城用
的机械，即人力抛石机，亦称牵引抛石机，这
种机械最早出现于公元前5世纪战国时期，北
周和隋唐时期西传，先为早期的阿拉伯人使用,
后传入欧洲。这种武器可把石弹、巨石或爆炸
物投到敌方的城墙上、城内或兵阵内而造成破坏。你知道人力抛石机的原理吗？其中有什么物理奥秘呢
阅读课本P255－P261的文字内容和插图，在基本概念、定义、规定及规律上做记号.各小组内部交流讨论，提出预习疑问，教师指导释疑.
二、新知探究
1.杠杆
学生小组内部讨论交流，回答下列问题：
师 1.观察教材图11－1 生活中的机械，说出它们有什么共同特征？
生：1.都受力的作用，都是硬棒，都有固定转动轴.
师生互动归纳：
在力的作用下，有绕某一固定点转动的硬棒，物理学中叫做杠杆.
师 2.观察分析课本图11－2 用棒撬动物体（a）（b），指出杠杆的五个要素及其含义？
生：2.支点：杠杆绕着转动的固定点，常用O表示.动力：使杠杆绕支点转动的力，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.
师生互动归纳：
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，然后画出从支点到力的作用线的垂线段，即为所求，垂足要落在力的作用线上，符号指明哪条线段是力臂.
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）.
2.杠杆的平衡
师：当杠杆在动力和阻力的作用下静止或匀速转动时，我们就说杠杆处于平衡状态.那么杠杆的平衡跟哪些因素有关呢？
探究：杠杆的平衡条件
学生小组内部讨论交流，教师巡视指导，回答下列问题：
师 1.什么是杠杆的平衡？
生：1.杠杆处于静止状态或绕支点匀速转动的状态都叫杠杆平衡.
师 2.探究杠杆平衡条件的实验中，必须使杠杆在水平位置平衡，这样做的目的是什么？
生：2.①避免杠杆自重对实验的影响;②便于从杠杆上直接读出力臂.
师 3.实验中要改变钩码的个数和悬挂位置，进行多次实验，这样做的好处是什么？
生：3.便于找到普遍规律，使结论更可靠，避免偶然性.
学生分组实验，教师巡视指导，并针对性地点拨.多媒体展示：
（1）小组讨论提出问题，作出猜想；
（2）讨论并设计合理的实验方案；
（3）进行实验，收集数据；
（4）对数据进行分析，得出结论；
（5）讨论实验中出现的问题，进行评估.
设计表格（供参考）
师：同学们能否找到一个规律来？
生：动力×动力臂＝阻力×阻力臂
师生互动归纳总结：
杠杆的平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂.用字母表示，这个公式可以写成：F1l1＝F2l2 ，这个关系式也可以写成下面的形式：F1/F2＝l2/l1 .它表明：当阻力与阻力臂一定时，所用的动力和动力臂成反比.即动力臂越大，所用的力就越小，这也就可以解释为什么我们可以用较小的力产生较大的力了.
知识点3 杠杆的应用
教师用多媒体展示其各自对应杠杆的示意图，并分析它们的动力臂与阻力臂的大小关系、动力和阻力的大小关系．
学生思考、讨论、交流，得出结论：
教师出示天平，引导学生分析得出天平的横梁属于杠杆，并画出天平杠杆的示意图．
教师提出问题：为什么当天平横梁平衡时m物=m码
学生讨论、交流得出结论：是因为天平杠杆的特点是l左＝l右(等臂)．由杠杆平衡条件F左×l左=F右×l右知：G物=G码．(让学生进一步理解天平的工作原理)
教师总结：天平是生活中常见的第三类杠杆——等臂杠杆，它的特点是：不省力也不省距离，l1＝l2.
三、课堂小结
四、课堂训练
1.如图开瓶器开启瓶盖时可抽象为一杠杆，不计自重.下图能正确表示它工作示意图的是（ C ）
2.如图所示的杠杆中，动力的力臂用L表示，图中所画力臂正确的是（ C ）
3.如图所示的用具中，在使用时属于费力杠杆的是（ A ）
4.下列关于杠杆的一些说法中，不正确的是( B )
A.杠杆必须是一根硬棒
B.力臂一定在杠杆上
C.动力臂就是支点到动力作用线的距离
D.当力的作用线通过支点时，力臂为0
5.如图所示，杠杆挂上钩码后刚好平衡，每个钩码的质量相同，在下列情况中，杠杆还能保持平衡的是（ C ）
A.左右钩码各向支点移一格
B.左右各减少一个钩码
C.左右各减少一半钩码
D.左右各增加两个钩码
6.如图中的男孩重500N，女孩重350N，当男孩离跷跷板的转轴70cm时，女孩应该坐在哪里才能使跷跷板在水平位置上平衡？
解：已知：F1=500N，l1=70cm，F2=350N.
由F1l1=F2l2得:
l2=F1l1/F2 = 500N×70cm÷350N=100cm.
五、布置作业
完成相关练习，巩固所学知识.
1.这节有一个重点也是难点：找支点和作力臂，这里既牵扯到数学中点到直线的距离，又涉及到物理中力的作用点和力的示意图，学生感到非常困难.突破重难点的方法，通过实例演示，引导学生分析，提炼方法步骤：一（支）点二力和方向，延长力的作用线，过（支）点作垂线（段）.画力臂并比较力臂大小是下一课时杠杆分类的基础．一定要多练并让学生过关．
2.在杠杆的平衡条件的探究实验中，引导学生猜想杠杆的平衡条件可能与力臂的大小和力的大小有关，这样学生不至于盲目猜想，既调动了学生的积极性、主动性，同时又使学生进行合理的科学猜想，快速进入探究的课题．在分析数据时，教师既要放开主动权，又要参与引导，如提醒学生可以先把数据分开来考虑．把四个数据按物理量分成两组进行分析，接着把有特色的数据放在一起研究，最后把所有的数据统一起来，运用数学工具：加、减、乘、除等简单计算方法，讨论，寻找规律，形成科学的结论，这样不仅营造宽松环境，而且培养了学生敢想敢说的精神及分析概括问题的能力．
3.在对杠杆进行分类时，教师可以举学生生活中熟悉的三种类型杠杆，如省力杠杆：钢丝钳，费力杠杆：筷子，等臂杠杆：天平，画出它们的示意图并让学生指出这一种杠杆的支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂．作杠杆示意图时，应该要求学生画得规整，力和力臂尽量按实际比例，标明杠杆的五要素，养成良好的作图习惯．
4.教学过程中学生可能会说省力杠杆是最好的杠杆，费力杠杆不好，教师可以通过分析用钓鱼竿钓鱼、缝纫机踏板、筷子等，让学生知道费力杠杆费了力却省了距离，使工作方便；而省力杠杆虽然省力但费了距离等．

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