6.5探究杠杆的平衡条件教学设计教案

6.5探究杠杆的平衡条件

教学目标

【知识与能力】

1.知道什么是杠杆，能根据实物画出杠杆的示意图。

2.知道杠杆的平衡条件，会利用杠杆平衡条件解决一些简单的问题。

【过程与方法】

通过实验，探究杠杆的平衡条件，初步领会从具体到抽象的方法。

【情感态度价值观】

通过了解杠杆在实际中的应用，体会到物理知识是有用的，培养学生对科学的兴趣。

教学重难点

【教学重点】

杠杆平衡条件，经历探究杠杆平衡条件的过程并运用它分析有关问题。

【教学难点】

力臂的概念和画法；杠杆的分类。

课前准备

羊角锤，铁架台，钩码，细绳，等分刻度的均质木尺，多媒体课件等。

教学过程

一、新课引入

多媒体展示：古埃及人建造金字塔时利用简单机械搬运巨大石块；我国古代利用桔槔在井上汲水；在现代建筑工地上，人们利用挖土机、起重机、吊车、钳子等工具进行劳动，让学生找出它们的共同特点。通过这些实例，有效地引起学生的注意，从而导入新课。

自制“蜡烛跷跷板”：①把蜡烛底端的蜡刮掉一些，让它像顶端一样露出烛芯。②把缝衣针从蜡烛中部穿过，露出的针头、针尾架在两只杯子的边缘上。③用薄铁皮（或塑料板）剪成两个小人儿，用腿间的尖头插立在蜡烛上，两个小人儿的位置到缝衣针的距离相等。调试蜡烛，使它平衡。这就做成了一个蜡烛跷跷板。④点燃蜡烛两头，熔化的蜡就会一滴一滴地不断滴下来。滴下蜡油的一端会向上翘一些，蜡烛两端会交替上下晃动，跟跷跷板一样。这个实验能极大地激发学生的兴趣，诱导学生产生探究的动机。

二、新课教学

探究点：探究跷跷板中的道理

教师：多媒体展示的工具中共同点有哪些？

学生分组讨论回答：(1)都是硬棒；(2)工作过程都在转动，转动过程中有一点是不动的；(3)除了固定点不动以外，还受到两个力的作用，一个使它转动，另外一个阻碍它转动。

1．提出问题

看教材图，提问：跷跷板为什么能上下转动？跷跷板为什么能平衡？跷跷板受到哪些力的作用？怎样才能使跷跷板保持水平平衡状态？

2.设计方案

师生通过进一步讨论交流，可以得出：跷跷板中间有一个固定的转动轴，男生、女生分别给跷跷板一个向下的力，调整两人到转动轴的距离，当两人到转动轴的距离和两力的大小满足一定条件时，跷跷板就能处于水平状态。

为了用实验研究上述问题，可以对它进行简化，用带有等分刻度的均匀木尺代替跷跷板、用钩码代替人进行实验，使学生领会到，对实际物体（研究对象）进行简化、抽象后，便于问题的研究和解决。

3.进行实验

学生按照教材上的方法进行实验操作，把测得的实验数据填入教材表格中。教师提醒学生要把悬挂点选在木尺的中心处，使用前要调节木尺平衡，钩码对木尺拉力的大小就等于钩码的重量，注意测准钩码的重量和钩码到O 点的距离。要多次改变所挂钩码的个数和它在木尺上的位置，多测几组数据。

4.分析和论证

老师可提出下面的问题让学生思考讨论：根据你的实验分析，木尺水平平衡由哪些因素决定？分析你的实验数据，看看在什么条件下，木尺才能平衡？通过实验和讨论，学生会认识到木尺水平平衡由两边力的大小和两力到支点的距离两个因素决定。在此基础上再给出杠杆、动力、阻力、支点、力臂的概念，学生就容易理解了。

介绍动力、动力臂、阻力和阻力臂的概念时,要向学生指出：①动力和阻力是相对的，要视具体情况而定。通常情况下，使杠杆绕轴转动的力为动力；而阻碍杠杆转动的力为阻力。②动力和阻力是杠杆受到的力，是其他物体作用在杠杆上的力，不要把杠杠作用给别的物体的力误认为是杠杆受到的力。③无论是动力臂还是阻力臂，都是从支点到力的作用线的距离，而不是支点到力的作用点的距离。

为了加深对力臂的理解，可让学生做下面的实验，如图所示。

沿a 、b 两个不同方向用力拉弹簧测力计，使杠杆平衡。观察两

次的拉力是否相同，想想为什么？

明确了动力、阻力、力臂的概念，然后再让学生分析表中收集

的实验数据，找出动力、动力臂、阻力和阻力臂之间的数量关

系，即可得出杠杆的平衡条件：

动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即F 1×L 1＝F 2×L 2或。

得出杠杆平衡条件后，可以组织学生讨论：为什么用较小的力可以撬起大石头？为什么跷跷板上大人也会被小孩跷起来？

1221L L F F

支点是杠杆绕着转动的固定点，在分析支点时，我们可以假想杠杆发生转动，杠杆围绕哪一点转动，哪一点就是支点。力的作用线就是从力在杠杆上的作用点起，沿力的方向所画的直线，从支点O向动力F1的作用线所画的垂线就是动力臂L1，从支点O向阻力F2的作用线所画的垂线就是阻力臂L2。画力臂实际上就是作一个点到一条直线的垂线。

必须明确：力臂是支点到力的作用线的垂直距离，而不是支点到力的作用点的距离。

画力臂是教学的难点，要让学生明确：力臂是从支点到力的作用线的距离，而不是从支点到力的作用点的距离。画力臂的一般步骤是:

（1）确定支点，

（2）画力的作用线（过F1、F2的直线），

（3）从支点向力的作用线作垂线，垂足在力的作用线上，

（4）标出力臂。可简记为“一找点，二画线，三作垂线段，四标力臂”。

除了画教材上所给的几个杠杆的支点和力臂外，教师还可以通过图片展示一些生活中常见的杠杆类器具，让学生巩固力臂的画法，多做几个练习，进一步理解力臂的含义。

人体内许多地方的骨骼、关节也构成杠杆，学生对此感到很好奇。教师可以联系生物课、体育课所学的知识进行学科渗透，再结合一些具体的动作（例如举、拿、抬、踢等）来体会这些杠杆是如何工作的。“机械手”体现了简单机械与高新技术的结合，最好配合幻灯片或多媒体动画进行介绍。

探究点：杠杆的应用

杠杆可以分为省力杠杆、费力杠杆，另外还有一种等臂杠杆。

1．省力杠杆

多媒体展示：压水机的手柄杠杆示意图。

请同学们根据杠杆示意图探究它们有什么特点，再根据杠杆平衡条件判断一下。

归纳总结：省力杠杆：动力臂大于阻力臂，动力小于阻力，省力但费距离。

请同学们回答在日常生活中有哪些省力杠杆。

出示省力杠杆如：铡刀(图)、瓶盖起子(图)、独轮车(图)。

讨论：阿基米德运用了发散性思维设想如果动力臂“无限长”，就可以承受“无限大”的阻

力，于是沉重的东西都可“撬动”起来。但是如果阿基米德把地球撬起1

10000

毫米那么一点的话，他就将在空中划过一个很大很大的弧，一辈子也走不到头。

2．费力杠杆

多媒体展示：铁锹挖土。