人教版八年级下册12.1 杠杆教学设计

导

入

新

课

观察思考：

人类很早以前就学会使用杠杆了.壮丽辉煌的咸阳宫曾蔚然矗立于八百里秦川。司马迁在《史记》中有关于这座宫殿的描述。上图就是我们的祖先在建造宫殿时的情景。他们是怎么利用木棒搬动巨大木料的？

教

学

过

程

教

学

过

程

教

学

过

程

教

学

过

程

教

学

过

程

教

学

过

程

教

学

过

程

新课学习

人的力量是有限的，但是人的智慧是无穷的。人们在劳动中经常使用各种机械，使工作更省力、更方便。有的机械很简单，例如，钳子、扳手、螺丝刀等等；有的机械比较复杂，例如，缝纫机、车床、收割机等等。

为了方便研究，人们将机械的各种构件归并为杠杆、滑轮、轮轴、斜面、螺旋等，并把它们称为简单机械。

一、杠杆

想想议议：

当你用筷子夹菜、用剪刀剪纸、用天平称量时，他们有什么共同点？

共同特征：1.受力的作用；2.绕固定点转动；3.比较坚硬

1.概念：一根硬棒在力的作用下能够绕着固定点O转动，这根硬棒就是杠杆。

用木棍撬石头，撬棍就是杠杆:

杠杆是一种常用的简单机械，由五个要素组成:

（1）支点：杠杆绕着转动的固定点O。

（2）动力：使杠杆转动的力F1。

（3）阻力：阻碍杠杆转动的力F2。

（4）动力臂：支点到动力作用线的距离l1。

（5）阻力臂：支点到阻力作用线的距离l2。

2.杠杆概念的理解：

(1)作为杠杆的物体可以是直的，也可以是弯的。即杠杆可以是各种各样的形状。

(2)支点一定在杠杆上，动力和阻力可以在支点两侧，也可在支点同侧。作用在杠杆上的动力和阻力是相对而言的，动力和阻力使杠杆转动的方向一定是相反的，但动力和阻力的方向不一定相反。

(3)力臂不一定在杠杆上，当力的作用线不垂直于杠杆时，力臂与杠杆不重合。力臂包含了力的作用点和力的方向两个要素.

3.力臂的画法:

(1)一找点：先确定杠杆的支点Ｏ和动力、阻力的方向。

(2)二画线：画出动力和阻力的作用线，必要时用虚线将力的作用线延长．

(3)三作垂线段：从支点向作用线作垂线，垂线段即为动力臂或阻力臂．

(4)四用括号来体现：最后用大括号或箭头勾出力臂，并在旁边写上字母l1或l2.

二、杠杆的平衡条件

1．杠杆平衡状态：杠杆静止或匀速转动（可以倾斜平衡）。

观察杠杆的平衡：

(1)(a)图是一个平衡的杠杆，移动一边钩码的悬挂点，会产生什么现象？

(2)如(b)图所示，用带杆的滑轮向左或向右推动右边挂钩码的悬线，改变作用力的方向，这时会产生什么现象？为什么会发生这样的现象？

提出问题：杠杆在满足什么条件时才会平衡？

2．实验：探究杠杆的平衡条件

实验器材: 杠杆、钩码、弹簧测力计、铁架台

实验装置

测量的物理量：动力F1、阻力F2、动力臂L1、阻力臂L2

实验步骤：

(1)调节平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡。

①如果杠杆不平衡，应将平衡螺母向高处调节。

②实验前调节杠杆水平位置平衡的原因是为了消除杠杆自重对实验的影响。

③实验时调节杠杆在水平位置平衡的原因是便于测量（直接读出）力臂。

④实验时通过调节钩码的数目和位置实现杠杆在水平位置再平衡。

⑤实验时不能再调节平衡螺母。

(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。（此时可以调平衡螺母吗？）

(3) 把支点左边的钩码重当作动力F1，支点右边的钩码重当作阻力F2，读出动力臂L1和阻力臂L2,将各数值填入表格中。

(4)改变钩码的个数，再做三次，将结果填入表中。（为什么要多次实验?）

要进行多次实验的目的是避免实验出现偶然性，得出普遍适用规律。

(5)求出各次实验中,动力×动力臂与阻力×阻力臂的值,并加以比较.

分析论证得出杠杆的平衡条件是：动力×动力臂=阻力×阻力臂 即：F1·L1=F2·L2

交流讨论：

（1）由表中数据得出杠杆平衡条件：“动力+动力臂=阻力+阻力臂”的结论。你认为他的结论是错误的，其原因是①力和力臂的单位不同，是不同的物理量，数据不能相加减。②只测一组数据，实验次数太少，具有偶然性，不能得出普遍适用的规律。

（2）若用弹簧测力计代替钩码，①应当沿竖直方向拉测力计，其原因是便于读出力臂数值；②当斜拉测力计时，测力计读数会偏大；③测力计由1到2再到3时，拉力大小变化是先变小，后变大；其目的是验证力臂的方向。

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（如图所示）。测量时利用了一根长度为12m的槽钢作为杠杆。如图乙所示，吊钩固定于槽钢的中点O。当槽钢水平静止时，弹簧测力计示数F1为200N。测得L1为6m，L2为4cm。若不计铁笼的质量，请估算大象的质量。g取10N/kg。

解：如图所示：F1=200N，l1=6m，l2=4cm＝0.04m

由杠杆平衡条件F1L1＝F2L2可得：

大象所受的重力:G2=F2=3×104 N

大象的质量为：

三、生活中的杠杆

我们身边有很多杠杆。例如，跷跷板、羊角锤、船桨、各种剪刀，观察这些杠杆，它们的动力臂和阻力臂有什么关系？

1.省力杠杆

(1)示意图：如图所示

(2)特点：动力臂大于阻力臂，平衡时动力小于阻力。用较小的动力就可以克服较大的阻力。（L1>L2， F1<F2）

(3)常见的省力杠杆：瓶盖起子、羊角锤起钉子、独轮车、钳子等。

2.费力杠杆

(2)特点：动力臂小于阻力臂，平衡时动力大于阻力。动力作用点移动较小的距离就可以使阻力作用点移动较大的距离。（L1<L2， F1 >F2）

(3)常见的费力杠杆：镊子、缝纫机脚踏板、钓鱼竿、筷子夹菜、皮划艇的桨、扫帚扫地等。

3.等臂杠杆

(2)特点：动力臂等于阻力臂，平衡时动力等于阻力。这样的杠杆既不省力也不费力。（L1=L2， F1=F2）

(3)常见的等臂杠杆：天平、定滑轮。

课堂小结

课堂练习 

1.（2020 北京市）如图所示，正在使用的四种工具，属于费力杠杆的是(   )

A. 羊角锤 B. 核桃夹
C. 园艺剪 D. 食品夹

【答案】D

【解析】A、羊角锤在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；
B、核桃夹在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；
C、园艺剪在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；
D、食品夹在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆。故选：D。
2.（2020河南）在图所示的工具中，使用时属于费力杠杆的是(    )

A. 瓶盖起子； B. 食品夹； C. 起钉锤；D. 核桃夹。

【答案】B

【解析】A.由图可知，支点在上接触点，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故A错误；
B.食品夹在使用时，支点在夹子两壁连接处，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故B正确；
C.起钉锤在使用时，支点是锤子与地面的接触点，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故C错误；
D.核桃夹在使用时，支点在夹子两壁连接处，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，D错误。故选：B。
3.（2020安顺）撬棒是人们在劳动中应用杠杆原理的工具。如图所示是工人利用撬棒撬动大石头的情景，撬棒上O点为杠杆的支点。下列分析正确的是（　　）

A．此时撬棒为等臂杠杆 

B．应用此撬棒的主要目的是省力 

C．力F的作用点靠近O点会更省力 

D．应用此撬棒的主要目的是省距离

【答案】B

【解析】ABD、由图知，在使用撬棒时，动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，使用该杠杆省力但费距离，故B正确、AD错误；

C、力F的作用点靠近O点时，动力臂减小，而阻力、阻力臂不变，由杠杆平衡条件可知动力会变大，会更费力，故C错误。故选：B。

4.（2020 甘肃省金昌市）如图所示的生活用具中，使用时属于费力杠杆的是

A. 羊角锤 B. 筷子
C. 起瓶器 D. 钢丝钳

【答案】B

【解析】A、羊角锤在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故A不符合题意；
B、筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故B符合题意；
C、起瓶器在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故C不符合题意；
D、钢丝钳在在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故D不符合题意。故选：B。
5.（2020 江苏苏州）如图所示的工具中，在使用时属于省力杠杆的是（    ）

A. 镊子；          B. 开瓶器
C. 船桨；           D. 钓鱼竿

【答案】B

【解析】镊子、船桨、钓鱼竿在使用时，动力臂小于阻力臂，为费力杠杆；开瓶器在使用时，动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故B正确、ACD错误。故选：B。
6．（2020广西南宁）《墨经》最早记述了杆秤的杠杆原理，“标”“本”表示力臂，“权”“重”表示力，如图所示，杆秤在水平位置平衡，以下说法正确的是（　　）

A．“重”增大时，N端上扬；B．“权”增大时，M端上扬

C．“权”向右移时，N端下沉；D．提纽向右移时，M端上扬

【答案】C

【解析】A．“重”增大时，左侧力与力臂的乘积小于右侧力与力臂的乘积N端下沉，故错误；

B．“权”增大时，左侧力与力臂的乘积大于右侧力与力臂的乘积M端下沉，故错误；

C．“权”向右移时，左侧力与力臂的乘积小于右侧力与力臂的乘积N端下沉，故正确；

D．提纽向右移时，左侧力与力臂的乘积大于右侧力与力臂的乘积M端下沉，故错误。故选C。

7.（2020  山东济宁）杠杆两端螺母的作用是______，图中的杠杆在水平位置平衡，若在两侧各减掉一个等重的钩码，杠杆______选填“能”或“不能”保持水平平衡。

【答案】（1）调节杠杆在水平位置平衡； （2） 不能

【解析】（1）实验前，应首先进行杠杆平衡调节。当杠杆处于水平平衡时，作用在杠杆上的动力和阻力即为钩码的重力，其方向恰好与杠杆垂直，这时力的力臂就可以从杠杆上的刻度直接读出；
（2）设一个钩码的重力为G，杠杆的一个小格为L，如果在两侧钩码下再各取下一个相同的钩码后：左边；右边；
左边大于右边，根据杠杆平衡条件可知杠杆不再水平平衡，左侧下降。
8.（2020 安徽省）停车场入口处常用横杆来控制车辆的进出，如图甲所示。我们可以把该装置简化成如图乙所示的杠杆。若横杆AB粗细相同、质量分布均匀，重G=120N，AB=2.8m，AO=0.3m。要使横杆AB保持水平平衡，需在A端施加竖直向下的力F=______N。
 

【答案】440

【解析】横杆AB粗细相同、质量分布均匀，则横杆的重心在AB中点，故重力G的力臂为：

力F的力臂：

由杠杆平衡条件得：

解得：   故需在A端施加竖直向下的力为440N。

9．（2020广东省）如图所示，用一根硬棒通过支点O撬起石头，画出石头所受重力G的示意图，以及力F的力臂l。

【答案】

【解析】过石头的重心沿竖直向下的方向画一条带箭头的线段，并标出符号G；过支点作垂直于力F作用线的垂线段，即为力臂l，如图所示：

10.（2020贵州铜仁）如图所示，平衡杠杆AOB，O为支点，请作出物体M所受重力的示意图和动力F的力臂L。

【答案】（1）重力的方向总是竖直向下的，过物体M的重心画竖直向下的线段，标出字母G；

（2）支点为O点，从O点向动力F的作用线作垂线，支点到垂足的距离就是力臂L，如图所示：
 

【解析】（1）重力的方向总是竖直向下、作用点要画在物体重心上；

（2）力臂是支点到力的作用线的距离；由支点向力的作用线做垂线，垂线段的长度即为力臂。
本题考查了重力示意图和力臂的画法，画力臂，要先找出支点、画出力的作用线，再从支点向力的作用线画垂线。

11.（2020黑龙江省哈尔滨）在”探究杠杆平衡条件”的实验前，如图甲，杠杆不在水平位置平衡，为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向______移动。实验中，如图乙，在A点用弹簧测力计施加一个竖直向上的力，在B点施加一个最小为______N的力，才能使杠杆在水平位置重新平衡。
 

【答案】（1）左； （2） 1

【解析】解：（1）杠杆不在水平位置，右端向下倾斜，则重心应向左移动，故应向左调节左端或的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡；

（2）由图可知弹簧拉力计的示数为，设杠杆的一个刻度为L，则拉力的力臂为2L；B点施加力的力臂为6L，根据杠杆平衡的条件可得，在B点施加一个最小为：

板

书

设

计

第1节  杠杆

一、杠杆

1.定义：在力的作用下，能绕固定点转动的硬棒，叫做杠杆。

2.杠杆的五要素：支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂。

3. 画力臂的方法：

一找支点   二画线    三连距离    四标签

二、平衡条件（杠杆原理）:F1×l1＝F2×l2

三、杠杆的分类

布

置

作

业

【必做题】　

教材第80页动手动脑学物理的2、4题.

【选做题】　

教材第66 页动手动脑学物理的1、3题.

课

后

反

思

本节课使用大量杠杆实物和杠杆图片，大大提高了学生对杠杆的感性认识。利用多媒体投影作图分析杠杆的五要素，能节约时间，突破难点。通过演示实验和学生实验突出了重点。