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6.5 探究杠杆的平衡条件
【教学目标】
1、知识与技能：
知道杠杆、支点、力臂等概念；知道什么叫做杠杆的平衡，知道杠杆的平衡条件，会利用平衡条件研究一些简单的问题。
2、过程与方法：
通过参与科学探究活动，初步领会从具体到抽象的方法，进一步了解进行科学探究的一些基本环节。
3、情感态度与价值观：
体会基本的物理原理的重要作用，培养学生对科学的兴趣。
【教学用具】
多媒体计算机、投影仪、教学课件；木棒、支架、杠杆、钩码等；
【重点、难点】
杠杆的平衡条件；力臂的画法
【时间安排】
新课教学大约35分钟，留出10分钟的时间作练习，并作讲解
【教学过程】
一、情景导入
问：谁能用手把铁钉拔出（请班上公认的大力士示范）？
出示铁钉、长木板，用羊角锤把铁钉钉入木板。
结果大力士没能完成任务。
问：那我们能否借助其他工具来完成呢？
答：（学生会抢着回答）用羊角锤拔。
问：怎么拔？
老师换用木柄的羊角锤插入铁钉中但不动。
学生会说：“不行，要用力向后扳。”
老师又故意演示扳动但不接触木板。
这时老师再请大家认为力气很小的女生按照刚才的方法操作，会发现女生很轻松的就把铁钉拔下。
1、观看同学的拔钉子的表演，她是如何拔出木板上的钉子……激起学生的兴趣，引出“生活中杠杆”的话题。
2、寻找解决问题的方法。
3、设问：这些简单的机械给我们带来了哪些好处 它们是怎样起作用的？
4、让我们带着这些问题，进入这节课的杠杆的学习。
二、新课教学
1、认识杠杆
杠杆是一种古老而简单的机械，许许多多机械的应用改变和丰富了我们的生活。今天我们就从生活中的杠杆说起，了解机械与人的关系。
（提示看屏幕的几组有关于杠杆的图片，让学生以工人拿硬棒撬动石头、钉锤拔钉子以及生活中常见的剪刀为例）
分析这些杠杆（简单机械）在工作时有什么共同特征？
经过学生的讨论和提问，老师总结共同特征：
（1）、受到力的作用下
（2）、硬棒
（3）、固定点
以撬棒撬石头为例，提问、归纳总结杠杆的定义。
（可能会有两种答案）
F1
F1
L1
O L1
L2 O L2
F2
F2
图（一） 图（二）
在讲述撬棒撬石头的过程中，启发学生思考杠杆定义涵盖的内容，
提问学生：（1一2人）：让学生自己总结杠杆定义。
师：那么，我们都看到了一支木棍能撬起一块石头，但是同学们能否利用手边的刻度尺当做一个杠杆撬起石头吗？请思考下？
生：学生动手拿起刻度尺来研究试试。
师：那么我们一起来看一下，这个刻度尺能否撬起这个石头的实验吧，结果怎样？
生：刻度尺不能撬起石头。
师：为什么呢？请一位同学来讲讲？
我们把这些共同特征归纳总结，就得出杠杆的定义：在力的作用下，能绕某一固定点转动的硬棒，物理学中叫杠杆（板书）。
提问生活中还有哪些杠杆？（天平、翘翘板、钓鱼竿等等）
2、杠杆的有关概念（五要素）
师：介绍了杠杆的定义，那组成杠杆需要哪些东西呢？下面我们来学习杠杆的五要素。（边说边在黑板上画出杠杆的示意图）
支点：杠杆绕着转动的固定点。（小石块）
动力：使杠杆转动的力。（向下压的力）
阻力：阻碍杠杆转动的力。（大石块对硬棒的压力）
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。
这里请大家注意，力臂是指支点到力的作用线的垂直距离。
什么是力臂呢？力臂怎样来画？
画力臂的方法
1) 找支点
2）确定力的作用线
3）过支点到力的作用线作垂线
4）标垂足，标力臂
强调注意：
1臂是支点到垂足的距离，不是支点到作用点的距离，因此力臂不一定在杠杆上。
2力的作用线是一条直线，没有方向。
3图细节方面：力臂，力的作用线用虚线表示，且力臂的长度应该用大括号标记；垂直的地方应有垂足；支点处用O标记；5个名词必须用正确的字母表示。
请位同学支黑板上画出事先画在黑板上的杠杆的示意图，在画完杠杆的示意图后，进行点评，巩固力臂的画法以及画出图中杠杆的五个要素。（请学生到黑板前画，讲评画图的方法）
练习：
3. 杠杆的平衡
师：当杠杆在动力和阻力的作用下静止时，我们说杠杆平衡了。在杠杆平衡时，动力、动力臂、阻力和阻力臂之间存在什么关系呢？
4、探究杠杆平衡的条件
下面我们用一个实验来探究杠杆的平衡条件。
以课本的实验插图为例，我们将钩码挂在实验装置的左右两边，研究它们在什么时候使得实验装置平衡。在实验开始前，我们必须将装置调平，调平的方法是跟天平的方法一样。
首先，大家先确定下这个杠杆的支点在哪里？
生：中间的位置。
师：很好，那我们要以哪一边作为动力作用的位置呢？（让学生任选）
生：（选择）
师：大家记清楚你们定下的动力作用位置和阻力作用位置。
演示实验：在不同位置挂上若干个钩码，调平杠杆。（并让学生在纸上纪录，并来拿到老师输入电脑）
1、【提出问题】杠杆须满足什么条件才能水平？F1、F2、L1、L2之间存在什么关系呢？
2、【猜想与假设】引导学生猜想并作适当的假设；
3、【制定计划与设计实验】
对跷跷板进行简化：用带刻度的木尺和支架台自制杠杆，数量不同的钩码代替体重不同的人。
4、【进行实验并收集数据】
请同学们开始做实验
调节钩码个数和钩码离悬挂点的格数，使尺处于水平静止状态。
师：我们刚刚做了几（具体数字按教学现场）次实验，同学们能不能尝试着说看看动力、动力臂、阻力和阻力臂之间的关系。
实验步骤：
① 调节杠杆两端的螺母，使杠杆平衡。
② 在杠杆两边挂上不同数量的钩码，调节位置，使杠杆重新平衡。
③ 把支点左的钩码重当作动力，支点右边的钩码重当作阻力，读出动力臂和阻力臂，将各数值填入表格中。
④ 改变钩码的个数，再做两次，将结果填入表中。
将上面几组实验数据输入电子表格EXCEL。分析我们的记录的数据。请看~
5、【分析与论证】
师：非常好，大家都很认真的思考。 求出各次实验中，各个数据的值，加以分析总结与与我们的猜想是否一致呢？
杠杆的平衡条件用符号来表示，表示为：
动力×动力臂=阻力×阻力臂
F1 L1 =F2 L2（杠杆的平衡条件）
例题：当在杠杆处于平衡状态，并且已知石头对杠杆的压力为3000N，动力臂和阻力臂分别为180cm和6cm，请问动力为多少？
已知：F2 = 3000N，L1 = 180cm，L2= 6cm
求：F1
解：∵根据杠杆平衡条件：F1×L1=F2×L2
∴F1 =（F2 × L2）/L1
=（3000N×6cm）/ 180cm = 100N
答：动力为100N。
思考题：刚刚在实验中同学们有没有注意到，为什么每次杠杆平衡时，都选择在水平位置平衡，这样做有什么好处？
每次都要求杠杆静止时处于水平位置，这样力臂的数值就能杠杆上直接读出。
三、小结
师：今天学到了什么？最后，我们小结下本节课的内容。
1、什么是杠杆？ 2、杠杆的五要素；3、杠杆的平衡条件；
四、作业：课后作业P27 第2、3、4题
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