第4节 简单机械

第三章能量的转化与守恒第4节简单机械一、【教材分析】本节主要学习杠杆、滑轮、滑轮组和斜面等简单机械的特点及工作原理，并通过实例分析引入有用功、额外功和机械效率的概念，让学生了解生活生产中常用简单机械的工作原理，了解使用机械时的能量转化过程及转化效率。

教科书把杠杆、滑轮、滑轮组和斜面集中在一起，其优势是易于进行一些基本特点的比较，找出相近的规律，易于对简单机械的整体认识。

在杠杆教学中，要使学生认识什么是杠杆，要从实例及学生的生活体会中，抓住杠杆本质的特征，培养学生的分析能力。

杠杆的平衡条件是本节的重点，也是以后学习滑轮的基础，应让学生在实验中探索、分析得到结论，以提高学生的能力。

同样，力臂的概念是本节的难点，也是学习杠杆平衡条件及应用的基础，要通过实验，突破这一难点，为以下的学习打下基础。

在杠杆的应用部分，应让学生从杠杆的平衡条件结论出发，分析不同杠杆的特征，并结合一些具体实例的分析，把知识学活。

滑轮，许多学生都见过或使用过，但并不一定会仔细研究过它，因此，教材中要求首先让学生仔细观察滑轮，并用实物对照挂图说明滑轮的结构。

让学生通过日常生活中滑轮应用实例的分析，并就这些实例提出问题，让学生思考不同的例子中，滑轮可以起什么作用。

通过演示实验，使学生知道各种滑轮的特点，并通过对不同滑轮工作时结构的分析，使学生了解滑轮的实质。

二、【课标要求】1.认识简单机械的作用2.用简单机械原理解释人体的运动，能区分功率和机械效率，从能的传递和转化认识功率和机械效率活动建议：调查生活中常见的简单机械，探究杠杆的平衡条件三、【教学目标】（一）、知识与技能1. 知道杠杆是一种简单机械，能找出杠杆的支点、动力和阻力、动力臂和阻力臂。

2. 理解杠杆的平衡条件，知道杠杆省力或费力的原因。

3. 了解定滑轮、动滑轮的工作原理，知道定滑轮、动滑轮的实质是一个杠杆，了解滑轮组及其工作原理。

4. 理解机械效率，知道有用功、额外功和总功的区别。

（二）、方法与过程1．能分析杠杆使用过程中的能量转化过程。

2．学会探究杠杆平衡条件。

3．学习测量简单机械的机械效率。

（三）、情感态度与价值观了解机械使用的历史及发展过程，认识机械的使用对社会发展的作用。

四、【教学重点】杠杆及杠杆平衡条件；简单机械的基本特征；渗透使用简单机械时的能量转化。

五、【教学难点】动力臂和阻力臂；定滑轮、动滑轮的实质是一个杠杆；分析使用机械时的能量转化及机械效率的概念。

六、【课时安排】5课时七、【教学过程设计】[第1课时] 杠杆〖新课引入〗利用课件观看图片（1）古代埃及人用杠杆搬动巨石修金字塔。

（2）游乐园里小朋友玩跷跷板。

（3）农村里从井里提水的压水机的杠杆。

（4）钓鱼。

（4）缝纫机的脚踏板。

现代生产、生活中，人们经常使用简单机械，如钳子、板手、螺丝刀、瓶起子（出示实物）等。

有些机械是复杂的，如车床、收割机等复杂机械由许多简单元件组成，其中象杠杆、滑轮等，初中我们主要研究杠杆、滑轮。

利用多媒体展示一些机械（如：古代劳动工具——蒸汽机——现代机械），让学生说说使用它们的好处——减轻人的劳动强度，提高工作效率。

了解机械的发展历史及机械对经济发展的作用。

引言：任何复杂的机械都是由一些简单的机械组合而成的，学习机械应当从最简单的机械——杠杆开始。

阿基米德曾说过这样一句话：“给我一个支点和一根足够长的棍，我就能搬动地球。

” 阿基米德虽然没能搬动地球，但是他的话却生动地告诉人们，杠杆能产生巨大的力。

那什么是杠杆呢？使用杠杆为什么能产生巨大的力呢？〖探究学习〗1. 寻找共性，建立概念演示并用媒体展示“开瓶器”和“撬棒”的工作过程让学生寻找两者的共性教师引导：撬棍撬石头，开瓶器开瓶，两者形状虽不同，但工作时它们有什么共同点？生：都能绕一个点转动（学生还可以分析出是硬棒，也可以在教师的提示下）。

师：除此以外，还有什么共同点呢？它们工作时，为什么会动呢？生：它们都是在力的作用下。

师：像这样在力的作用下．绕一个固定点转动的硬棒，称之为杠杆。

小结：共同点①在力的作用下能转动。

②转动时，有一点固定不动。

引导学生下定义：一根硬棒如果在力的作用下，能绕固定点转动，这根硬棒就叫杠杆。

师：手拿一根铁丝．问它是否杠杆？生：否，不是硬棒。

师：杠杆是不是一定是直的？“硬棒”如何理解？观察和演示：抽水机的手柄、切纸的铡刀、剪刀都是杠杆。

师：“硬棒”指在力作用下不易发生形变，可以是直的也可是弯的，形状也可是各种各样，可是方的、圆的等。

学生举例：要求学生根据杠杆定义，从生活生产中熟悉的器械中例举杠杆的实例。

从实例中得出杠杆的形状各种各样：可以是直的，也可以是弯的。

2. 抽象模型，深化概念（1）探究活动：使用撬棒撬石块时，能否将石块撬起跟哪些因素有关？A．学生讨论提出假设：跟人用力大小、石块重力、手握处离固定点的距离、石块离固定点的距离等有关。

B．利用弹簧秤、撬棒、石块等器材演示，验证假设。

（假设均成立）在此基础上，教师提出动力（F1）、阻力（F2）、支点（O）的概念。

支点（O）：杠杆转动时绕着转动的固定点，用字母O标出。

观察撬棍撬石头的图片分析讲述：人给撬棍一个力去撬石头，人所施加的促使撬棍转动的力就是动力，石头阻碍撬棍转动的力叫阻力。

［板书］（1）动力：使杠杆转动的力（F1），用字母F1或F动标出。

（2）动力：阻碍杠杆转动的力（F1），用字母F2或用F阻标出。

注意：动力和阻力使杠杆转动方向相反，但它们的方向不一定相反。

力与支点位置关系两种：1、支点在中间，动力和阻力在两侧，动力和阻力方向相同。

2、支点在一侧，动力和阻力在同侧，动力和阻力方向相反。

C．问题：用弯曲的杠杆代替直的撬棒，或改变人的施力方向，上述结论还成立吗？D．在原来实验的基础上，改变弹簧称的拉力方向，向学生展示：要使石块撬起，还跟力的方向有关。

[演示实验］师：通过实验，我们发现能否撬动相同情况下的石头，不仅取决于力的大小，还和力的方向有关。

师：如果我们再做实验，使动力的方向不变，但改变力的作用点位置，则撬动石头，需要力的大小是否一样？如力的方向仍为竖直向下，则力的作用点越靠近支点O，则撬动石头所用的力将怎样？生：越大。

师：其实大家都有这样的经验，现在我们不妨再观察一下。

[演示实验]在此基础上，教师指出，力的作用点和力的方向可以用力臂来体现，并提出动力臂（ｌ1）、阻力臂（ｌ2）的概念。

我们发现能否撬动石头，不仅和力的大小有关，还和支点到力的作用线的距离有关，这个距离叫做动力臂。

[板书3]（3）支点到动力作用线的垂直距离叫动力臂。

用字母L1或L动标出。

师：同样道理我们定义阻力臂。

[板书4]（4）阻力臂：从支点到阻力作用线的垂直距离叫阻力臂。

用字母L2或L阻标出。

D．结论：使用撬棒撬石块时，能否将石块撬起跟支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂五因素（要素）有关。

[板书]杠杆的五要素：（2）以撬棒撬动石块为例，示范绘制杠杆模型（杠杆示意图）。

第一步：先画出杠杆，用线条表示，形状跟实物相同，然后标出支点O和画出动力F1，阻力F2。

第二步：画出动力和阻力的作用线，力的作用线可以用虚线沿力的方向正向或反向无限延长（是否要延长，朝哪个方向，由具体情况定）。

第三步：力臂的画法：首先确定杠杆的支点，再确定力的作用线。

然后使用直角三角板画出从支点到力的作用线的垂线，垂足要落在力的作用线上，符号指明哪个线段是力臂，并写出字母L1或L动。

力臂常用虚线画出。

强调是“点”（支点）到“线”（力的作用线）的垂直距离，让学生正确认识力臂，强调作图规范。

作力臂的步骤（三部曲）：找“支点”、画“作用线”、作“距离出示羊角锤，现在我用这把羊角锤把一根钉子钉在木板上（演示）这时的羊角锤是不是杠杆？为什么？生：讨论后回答：否，羊角锤并不绕固定点转动。

师：但我再用羊角锤把木板上的钉撬出来（演示），这时的羊角锤是不是杠杆？为什么？。

生：讨论回答，是，因羊角锤在力的作用下能绕固定点转动。

练习：以“羊角锤”为例，画出它的杠杆示意图。

3. 分析实例，升华概念讨论：在生活、生产中，还能举出哪些杠杆实例？并找出它们的五要素。

学生讨论、交流，教师纠正、补充：作为生活器具的杠杆——如扫把、垃圾桶、指甲钳、筷子……分析：指甲剪上有三个杠杆。

手把部分是一个省力杠杆，刀口部分是两个费力杠杆。

讲述：实际上在日常生活里，不仅机械工作中，部分属于杠杆的应用，同样，人体的有些运动，也是运用杠杆来进行的，人身上有206块骨，其中有许多起着杠杆作用，当然这些起杠杆作用的骨不可能自动地绕支点转动，必须受到动力的作用，这种动力来自附着在它上面的肌肉。

在利用人体的不同部位做体力工作时，有些骨骼起着杠杆的作用，人通过骨骼肌来支配这些杠杆，使它能绕支点（关节）转动，完成某些动作。

出示：图3-0寻找手臂上的杠杆讲述：肱二头肌上端肌腱附着在肩胛骨上，下端肌腱附着在桡骨上（图1），肱三头肌上端有肌腱分别附着在肩胛骨和肱骨上，下端附着在尺骨上。

介绍：人前臂的动作最容易看清是个杠杆了，它的支点在肘关节。

当肱二头肌收缩、肱三头肌松弛时，前臂向上转，引起曲肘动作；而当肱三头肌收缩、肱二头肌松弛时，前臂向下转，引起伸肘动作。

从图1很容易看出，前臂是个费力杠杆，但是肱二头肌只要缩短一点就可以使手移动相当大的距离。

可见，费了力，但省了距离。

师：同样，请同学们思考一下，人体上还有哪些部分可以看作杠杆。

杠杆的五要素动力举例：人体中的杠杆——如手臂杠杆、脚部杠杆、头部杠杆……图4是头部杠杆。

头颅是以寰椎（脊柱之顶）为支点的杠杆。

支点前后各有一肌肉群，它们作用于颅骨的力分别以F2和F1表示，头颅所受重力是G。

此杠杆属支点居中的第一类杠杆。

F1的力矩使头后仰，F2和G的力矩使头前俯。

图3是足部杠杆。

人以足尖着地取立势的情况，足尖着地处是支点，足根后肌肉收缩产生拉力F，人体的压力N则作用在两者之间。

此杠杆属阻力居中的第二类杠杆。

体重一定，F的力臂越大，即脚越长，则走、跑、跳时足根后的肌肉负担越小。

〖课堂小结〗今天我们学习了有关杠杆的基本概念，包括什么是杠杆，杠杆的五要素，还学习了画杠杆的示意图的方法，学生谈谈本节课的收获，并对本节课内容进行整合。

1、杠杆是一根在力的作用下绕某一固定点转动的硬棒2、杠杆不一定是直的3、找力臂的方法a) 找出支点b) 沿动力和阻力的作用方向将力的作用线画出c) 从支点作力的作用线的垂线就是力臂〖布置作业〗1.完成课后习题1~2题2.作业本第3节（一）和名师金典3.调查生活中常见的杠杆[第2课时] 研究杠杆平衡条件〖复习旧知〗1.杠杆的概念和五要素2.画杠杆示意图（指甲刀模型）〖探究学习〗1. 提出问题提问：什么叫杠杆平衡？杠杆平衡的条件是什么？生：杠杆处于静止或匀速转动的状态，称之为杠杆平衡。