资源简介

12.1　杠杆
【学习目标】
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．通过探究，知道省力、费力、等臂等不同类型的杠杆及其特征．
【教学重难点】
重点：1.杠杆的归纳及杠杆的平衡条件．
2.理解杠杆的分类．
难点： 1.动力臂、阻力臂的概念．
2.从常见的工具和简单机械中识别杠杆的种类．
【教学方法】
探究法，讨论法，讲授法．
【教学过程】
（一）新课导入：
希腊著名的科学家阿基米德发现杠杆的平衡原理后，怀着激动的心情写了一封信，把他这一重要发现报告给叙拉古国王希伦．他在信中说：“如果给我一个支点，一根足够长的硬棒，我就能撬动整个地球．”杠杆为什么具有这么大的作用呢？这句话包含着怎样的道理呢？生活中又有哪些类型的杠杆呢？本节课让我们一起来了解一下杠杆的相关知识．
（二）新课讲授：
(一)杠杆
1．认识杠杆
教师利用多媒体展示：
同学们使用过下列机械吗？回忆一下使用过程．
(1)剪刀、杆秤等发生了怎样的运动？
(2)它们在什么情况下才能这样运动？
(3)它们有什么相同之处？
学生思考交流，教师点拨：
在使用时这些机械都能绕一个固定点转动，都受到一个使其转动的力和一个阻碍它转动的力．
教师引导学生归纳概念．
根据杠杆的共同特点，请学生尝试归纳杠杆的定义：一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点转动，这根硬棒就是杠杆．
教师强调：(1)“硬棒”的含义是在力的作用下，不发生或基本不发生形变；
(2)一根硬棒能成为杠杆，应具备两个条件：①要有力的作用；②能绕某固定点转动．两个条件缺一不可；
(3)杠杆可以是直的，也可以是弯的；可以是方的，也可以是圆的，即杠杆的形状是任意的，但必须是“硬”的；
(4)杠杆的支点可以在杠杆的一端，也可以在杠杆上的其他位置．
杠杆在日常生活中应用比较广泛，生活中我们使用的许多工具都是杠杆的缩影．你能举出生活中哪些工具是杠杆吗？
学生认真思考举出例子．
2．杠杆的五要素
学生阅读教材“杠杆”部分，以教材中的撬棍为例，结合图片，自学杠杆的五要素，找出动力臂和阻力臂．
教师讲解杠杆的基本要素：支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂．
(1)支点：杠杆绕着转动的固定点，用“O”表示；
(2)动力：使杠杆转动的力，用“F1”表示；
(3)阻力：阻碍杠杆转动的力，用“F2”表示；
(4)动力臂：从支点到动力作用线的距离，用“l1”表示；
(5)阻力臂：从支点到阻力作用线的距离，用“l2”表示．
教师强调：不论动力还是阻力，杠杆都是受力物体，给杠杆作用力的物体都是施力物体．
3．力臂的画法
教师：要正确画出杠杆上各力的力臂，关键是要明确力臂的概念．
其步骤为：
(1)首先在杠杆的示意图上确定支点O；
(2)画好动力作用线及阻力作用线，画的时候要用虚线将力的作用线延长；
(3)从支点O向力的作用线引垂线，画出垂足，则从支点到垂足的距离就是力臂，力臂用虚线(或实线)表示并用大括号勾出，在旁边标上字母l1或l2，分别表示动力臂或阻力臂．
出示图片，学生试着画出杠杆的示意图，明确一个完整的示意图应包含着杠杆的五要素．
归纳总结：
杠杆的画法：一找点，二画线，三作垂线段．
【例题】
请同学们画出拉力F1的力臂．
【答案】
(二)杠杆的平衡条件
探究实验：杠杆的平衡条件
【实验目的】探究杠杆的平衡条件
【猜想假设】杠杆平衡时，动力、动力臂和阻力、阻力臂之间可能存在着怎样的关系呢？
引导点拨：为验证上述猜想，我们需要测量的物理量分别是动力、动力臂、阻力、阻力臂。
教师介绍实验器材：杠杆、支架、弹簧测力计、细线、质量相同的钩码若干。
【设计实验】
提出以下问题让学生思考并完成：
(1)为什么要调节杠杆在水平位置平衡？
(2)实验前，如何调节平衡螺母使其在水平方向平衡？
(3)实验应至少进行几组？
(4)若用弹簧测力计取代阻力钩码的位置，则拉力应满足什么方向？为什么？
(5)动力、阻力都在支点同侧，杠杆能平衡吗？如何操作？
学生充分思考后，发表见解，教师明确：
(1)杠杆在水平位置平衡，杠杆的重心在支点上，力臂为零，自身的重力对杠杆平衡不产生影响；还可从杠杆所标刻度直接读出各力的力臂。
(2)调节杠杆两端的平衡螺母，按照“左偏(沉)右调，右偏(沉)左调”的原则。
(3)一次实验得出的结论具有偶然性，多次测量得出的结论才具有普遍性。
(4)拉力的方向应与原所挂钩码重力的方向一致。
(5)能平衡，动力与阻力的方向相反即可。
【进行实验】
实验步骤：
①调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。
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把支点右边的钩码重力当作动力F1，支点左边的钩码重力当作阻力F2，量出动力臂l1和阻力臂l2，将各数值填入表格中。
④改变钩码数量或位置，重复上面的步骤，得出三组数据。
实验次数 F1/N l1/cm F2/N l2/cm
1
2
3
【实验结论】分析表中数据，找出它们之间的关系，归纳得出结论。
杠杆平衡的条件是：动力×动力臂＝阻力×阻力臂，表达式为F1l1＝F2l2。
引导评估：以上实验过程是否合理？结论是否可靠？
教师利用多媒体出示课本例题：
【例题】据《杭州日报》报道，2001年6月22日，在杭州动物园内，一位物理老师利用杠杆原理，仅用小小的弹簧测力计就测出了一头大象的质量。测量时利用了一根长度为10 m的槽钢作为杠杆。如图所示，吊钩固定点O为支点。弹簧测力计示数F1为200 N。测得动力臂l1为6 m，阻力臂l2为4 cm。若不计槽钢和铁笼的质量，请估算大象的质量。(g取10 N/kg)
教师介绍解题技巧：
可以根据杠杆的平衡条件先求出大象的重力，再利用公式G＝mg变形求其质量。
学生规范解题过程：
解：由题意可知，弹簧测力计的拉力为动力F1＝200 N，动力臂l1＝6 m；阻力臂l2＝4 cm＝0.04 m，大象的重力等于阻力。
根据杠杆的平衡条件F1l1＝F2l2得：
F2＝＝＝3×104 N，
大象的质量m＝＝＝＝3×103 kg＝3 t。
(三)杠杆的分类
小实验：准备好一个书包、一根1.5 m长的直杆，请一位同学将书包用直杆撬在肩上，改变直杆与肩部接触的位置，体验撬书包的不同感受。让学生说一说。
学生谈感受：书包离肩很近，感觉轻松；书包离肩很远，感到吃力。发现杠杆在不同情况下有可能省力，也有可能费力。
教师讲解：撬书包这一过程中，撬杆相当于杠杆，书包离肩远近不同，无非是改变了杠杆的动力臂与阻力臂的大小。所以，我们按其动力臂与阻力臂的相对长度将杠杆进行分类。
教师提出问题：
我们身边的杠杆很多，你能通过观察和思考对这些杠杆进行分类吗？
学生观察图片，分析动力臂和阻力臂的关系。
学生组内讨论交流分析：
(1)分两类，一类是直杠杆；一类是弯杠杆。
(2)按动力臂和阻力臂的大小关系分为三类：①l1>l2；②l1(3)按动力和阻力的大小关系分为三类：①F1>F2；②F1杠杆按其省力与否，可分为三类：省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆。请同学们分析一下，这三类杠杆应满足什么条件？
学生结合杠杆的平衡条件F1l1＝F2l2加以分析。师生归纳总结。
杠杆的分类：
(1)省力杠杆：当l1>l2时，F1(2)费力杠杆：当l1F2，费力省距离；
(3)等臂杠杆：当l1＝l2时，F1＝F2，既不省力，也不省距离。
教师强调：判断杠杆是否省力，不能只看阻力臂与动力臂本身的长短，要由动力臂跟阻力臂之间的大小关系来决定。
小游戏：在理解杠杆的分类原理之后，学生分成三组(省力杠杆组、费力杠杆组和等臂杠杆组)，分别结合实际生活举出实例，谈谈不同杠杆的特点及应用。看哪一组说得又对又多。
省力杠杆：羊角锤、起钉锤、开瓶器、撬棒、老虎钳、手推车、夹壳器等。
费力杠杆：铁锹、扫帚、镊子、钓鱼竿、理发用的剪刀、筷子、船桨等。
等臂杠杆：跷跷板、天平等。
教师点评所举实例的正确性。重点讲解天平测量物体质量的原理。
如图所示，天平是一等臂杠杆，由杠杆平衡条件知：
F1l1＝F2l2，又因为l1＝l2，所以F1＝F2，m1g＝m2g，所以m1＝m2。
三、课堂练习：
1．下列说法中错误的是(　　)
A．一根直的硬棒一定是杠杆
B．杠杆可以是直的、弯的或其他形状的
C．在力的作用下，能绕着固定点转动的硬棒叫杠杆
D．当力的作用线通过支点时，力臂大小为零
2．下列关于力F1力臂的作图中，正确的是(　　)
A　　　　　　　　　B
C　　　　　　　　　D
3．如图乙所示，某人用一根轻质木棒挑着重为120 N的物体站在水平地面上，木棒保持水平，棒AB长为1.2 m，重物悬挂处离肩膀距离BO为0.8 m。则手在A端对木棒竖直向下的作用力大小为________N。
【答案】1.A　2.C　3.240
4．如图所示的生活用具中，使用时属于省力杠杆的是(　　)
5．衣服夹是一种常用物品，如图所示给出了用手捏开和夹住物品时衣服夹的两种情况．下列说法中正确的是(　　)
A．当用手将其捏开时，它是费力杠杆
B．当用其夹住物品时，它是费力杠杆
C．无论用手将其捏开还是夹住物品时，它都是费力杠杆
D．无论用手将其捏开还是夹住物品时，它都是省力杠杆
【答案】1.A　2.B
四、课堂小结：
通过本节课的学习，你学到了什么？有什么成功的体会和经验？
1．从我们日常生产、生活现象出发，了解了杠杆的概念、杠杆的五个要素、杠杆的平衡条件。
2．能够指出支点、动力、阻力，会确定动力臂、阻力臂。
3．通过观察与实验探究杠杆的平衡条件，并能进行有关计算。
4．总结杠杆的分类和应用。
五、作业布置：
完成配套课后练习。
【板书设计】
第1节　杠杆
一、杠杆
1．杠杆的定义
2．杠杆的五要素(1)支点O(2)动力F1(3)阻力F2(4)动力臂l1(5)阻力臂l2
二、杠杆的平衡条件
动力×动力臂＝阻力×阻力臂
F1l1＝F2l2
三、杠杆的分类
1．省力杠杆：动力臂大于阻力臂的杠杆，杠杆平衡时，动力小于阻力。
2．等臂杠杆：动力臂等于阻力臂的杠杆，杠杆平衡时，动力等于阻力。
3．费力杠杆：动力臂小于阻力臂的杠杆，杠杆平衡时，动力大于阻力。
四、杠杆的应用
【课后反思】
杠杆是一种简单机械，后面介绍的其他简单机械是由杠杆引出的，而复杂机械是由简单机械所组成的，因此把杠杆安排在这一节的位置既符合了由易到难、由简到繁的认知规律，又保持了知识的结构性和系统性，讲解起来也容易被中学生接受。本节课的实验“探究杠杆的平衡条件”器材不复杂，过程操作很重要。本节课在学生进行实验探究前，重点对实验过程中的各环节的目的与要求做了详细的说明。这样才使学生的实验更规范，针对性更强，同时培养了学生的实验设计、实验操作和分析归纳的能力。
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