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第十二章 简单机械
12.1 杠杆
教学目标：
1.物理观念：
（1）能识别出杠杆，并能准确找出支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂。
（2）知道杠杆的平衡条件，并能利用杠杆的平衡条件进行相关的计算。
（3）能对杠杆进行分类，并能根据实际需要选择合适的杠杆。
2.科学思维：
通过对杠杆的研究，让学生逐步学会透过现象认识事物本质的方法，培养学生观察能力和用科学的方法解决问题的能力。培养交流与合作的能力和学习物理的兴趣。
3.科学探究：
通过实验探究，得出杠杆的平衡条件。
4.科学态度与责任：
（1）通过从生活中的实例，建立杠杆模型的过程，了解物理学中研究问题的方法。
（2）通过探究杠杆的平衡条件，使学生勇于并乐于参与科学探究，增进交流与合作的意识，加强学生之间的相互协作精神。
（3）通过杠杆分类及应用的学习，感受物理与生活的联系，进一步领会物理知识的应用价值。
教学重点：探究杠杆的平衡条件。
教学难点：杠杆示意图中动力臂和阻力臂的画法。
教学课时：1课时
教学用具：多媒体、杠杆支架、钩码、天平、羊角锤、指甲钳、钢丝钳。
教学互动设计：
1、 创设情景，导入新课
明代宋应星《天工开物》中所描述的桔槔来看，它的基本构件十分简单，只需要在井旁架上设一个杠杆，一端系上汲水器具，另一端悬、绑石块等重物。
桔槔是利用杠杆原理从低处提水置高处，将汲取的水用水桶提起。这种方式依靠重物自身的重力就可以调节，方便又省力，一天可以灌溉百畦。
春秋时期，桔槔汲水工具应运而生，桔槔构造简单，使用方便，在江、河、湖、塘、溪 的边上用桔槔汲水。在中国古代，桔槔被广泛地应用在农业灌溉上，为中国农业生产的发展做出了重大贡献，并且极大地方便了人们日常的生活。直到20世纪50年代，我国不少农村地区仍然使用桔槔汲水。
使用桔槔汲水，汲水处一定要浅。战国时期，出现了陶圈沉井技术打井，一边挖井，一边沉砌陶圈，增加井的深度和出水量。随着陶井的出现，人们创造出辘轳汲水。
中国是一个农业大国，水是国民经济的命脉，关系着人民的幸福。人们巧妙地利用物理原理，创造了桔槔汲水与辘轳汲水的方法。既展示着中国古代劳动人民的杰出智慧，从中也蕴涵和承载着中华民族深层的文化与审美心理。
2023年4月15日， 神舟十五号航天员费俊龙、邓清明、张陆密切协同，进行了神舟十五号乘组第四次出舱活动，刷新了中国航天员单个乘组出舱活动。先后圆满完成了舱外扩展泵组安装、跨舱线缆安装接通、舱外载荷暴露平台支撑杆安装等任务，为后续开展大规模舱外科学与技术实验奠定了基础。现在我国的机械已进入太空。
二、新课讲授，师生互动
人类很早以前就使用杠杆了。壮丽辉煌的咸阳宫曾魏然矗立与八百里秦川。司马迁在《史记》中有关这座宫殿的描述。上图就是我们的祖先在建造宫殿时利用木棒搬动巨大木料的情景。你能说出其中的道理吗？
（一）杠杆
当你用筷子夹菜、用剪刀剪纸、用天平称量时，你就在使用杠杆了。杠杆就是最简单的机械之一。
如图所示，一根硬棒，在力的作用下能绕固定点O转动，这根硬棒就是杠杆(lever)。
杠杆五要素：一点二力二力臂
支点：杠杆可以绕其转动的点O
动力：使杠杆转动的力F1
阻力：阻碍杆转动的力F2
动力臂：从支点O到动力F1的作用线的距离l1
阻力臂：从支点O到动力F2的作用线的距离l2
当杠杆在动力和阻力的作用下静止时，我们就说杠杆平衡了。
（二）杠杆的平衡条件
在杠杆的使用中，杠杆的平衡状态是一种非常重要的状态。杠杆在满足什么条件时才会平衡？
如图，调节杠杆两端的螺母，使杠杆在不挂钩码时，保持水平并静止，达到平衡状态。
如果杠杆左端高，平衡螺母向左调。
实验 探究杠杆的平衡条件
1.给杠杆两侧挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆重新在水平位置平衡。这时杠杆两侧受到的作用力等于各自钩码所受的重力。
2.设右侧钩码对杠杆的施力为动力F1，左侧钩码对杠杆施力为阻力F2；测出杠杆平衡的动力臂l1和阻力臂l2；把F1、F2、l1、l2的数值填入表格中。
3.改变动力F1和动力臂l1的大小，相应调节阻力F2和阻力臂l2，再做几次实验。
次数 动力F1/N 动力臂l1/m 阻力F2/N 阻力臂l2/m
1
2
3

将实验数据填入下表中
次数 动力F1/N 动力臂l1/m 阻力F2/N 阻力臂l2/m
1 1 0.2 2 0.1
2 2 0.2 4 0.1
3 2 0.3 4 0.15

分析表中数据，找出它们之间的关系。
实验结果表明，杠杆平衡条件是
动力╳动力臂=阻力╳阻力臂，或写为 F1l1=F2l2
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12m的钢槽作为杠杆。
解：人通过弹簧测力计对杠杆的拉力为动力F1=200N，动力臂l1=6m；不计铁笼的质量，则大象对杠杆的拉力为阻力F2，它等于大象所受重力G，阻力臂l2=4cm=0.04m。
根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2，有
F2=( 1 1)/ 2 =(200 ×6 )/0.04 =3×104N
大象的质量 = / = 2/ =(3×104 )/(10 / )=3×103kg=3t
大象的质量是3t。
（三）生活中的杠杆
我们生活中有许多杠杆。例如，小朋友玩的跷跷板，拔钉子的羊角锤、划船的船桨 ，仔细观察这些杠杆，看看它们各自的动力臂和阻力臂的有什么关系。
等臂杠杆：天平的动力臂等于阻力臂，是一种等臂杠杆。
省力杠杆：动力臂大于阻力臂的杠杆，是一种省力杠杆。只要用较小的力就能撬动较重的石头。这类杠杆虽然省力，但是动力作用点必须却比阻力作用点移动的距离大。省了力，却费了距离。
费力杠杆：动力臂小于阻力臂，是一种费力杠杆。
注意观察赛艇的船桨，它也是一种杠杆。人坐在船上观察，划船时船桨的轴是不动的，所以，轴的位置是支点。手加在桨上的动力比水对桨的阻力大，但是手只要移动较小的距离，就能使桨在水中移动较大的距离。虽然费力，却省了距离。
动力臂<阻力臂 , F动＜F阻，省力杠杆费距离；
动力臂=阻力臂 ，F动=F阻，等臂杠杆；
动力臂<阻力臂 ，F动>F阻，费力杠杆省距离。
杠杆力臂的作法：
一定支点；
二作力所在的直线；
三通过支点作垂直力所在直线的垂线；
四标出力臂。
三、总结反思，超越自我
1.杠杆：在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒是杠杆，杠杆有五要素，一（支）点，二（动、阻）力，二（动、阻）力臂。
2.杠杆的平衡条件：
（1）调平衡螺母，使杠杆水平。左高往左调。力臂与杠杆巧重合。
（2）结论：F1L1=F2L2
（3）应用：力的单位是N，力臂的单位统一
3.生活中的杠杆：
L1＞L2，省力杠杆，撬石头，开瓶器，省力杠杆费距离；
L1＜L2，费力杠杆，筷子，扫把，费力杠杆省力；
L1＝L2，等臂杠杆，天平，不省力不省距离。
4. 作力臂的方法：一定支点；二作力所在直线；三通过支点向力所在直线作垂线；四标出力臂。
四、板书设计，整合提升
1.杠杆：在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒是杠杆，杠杆有五要素，一（支）点，二（动、阻）力，二（动、阻）力臂。
2.杠杆的平衡条件：
（1）调平衡螺母，使杠杆水平。左高往左调。力臂与杠杆巧重合。
（2）结论：F1L1=F2L2
（3）应用：力的单位是N，力臂的单位统一
3.生活中的杠杆：
L1＞L2，省力杠杆，撬石头，开瓶器，省力杠杆费距离；
L1＜L2，费力杠杆，筷子，扫把，费力杠杆省力；
L1＝L2，等臂杠杆，天平，不省力不省距离。
4. 作力臂的方法：一定支点；二作力所在直线；三通过支点向力所在直线作垂线；四标出力臂。
五、大海扬帆，尝试远航
1. 下列说法不正确的是（ ）
A. 杠杆是最简单的机械之一
B. 用筷子夹菜时就在使用杠杆
C. 杠杆的支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂是杠杆的五要素
D. 当杠杆在动力和阻力的作用下静止时，杠杆没有平衡
2．下列杠杆属于费力杠杆的是（ ）
3．下列杠杆属于省力杠杆的是（ ）
4．下列物件属于省力杠杆的是（ ）
A.托盘天平
B.开启啤酒瓶盖的起子
C.扫地的扫把
D.赛艇的船桨
5．用一根长1.2m的棍棒挑起一袋20kg的大米和一壶10kg的油，人肩膀扛在离大米的一端的距离接近（ ）时杠杆平衡
A. 0.8m
B. 0.6m
C. 0.4m
D. 0.2m
参考答案1.D；2.C；3.D；4.B；5.C。
六、作业：P80.T4
课外作业P80T1、T2、T3。
教学反思：
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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