物理八年级全册（2024）第一节 探究：杠杆的平衡条件精品教学设计

这是一份物理八年级全册（2024）第一节 探究：杠杆的平衡条件精品教学设计，共7页。教案主要包含了杠杆的定义，杠杆的五要素，杠杆的平衡，杠杆的平衡条件，杠杆的分类等内容，欢迎下载使用。
eq \x(物理观念)
1．认识杠杆，能够辨认出支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂。
2．知道杠杆的平衡条件及其数学表达式。
3．能从常见工具和简单机械中识别出杠杆并能进行分类。
eq \x(科学思维)
1．通过对实例进行分析，结合示意图建立杠杆的模型，掌握力臂的画法，在这个过程中逐步学会透过现象认识事物本质的方法。
2．通过观察实验现象和分析实验数据，推理得出杠杆的平衡条件。
3．能从生活实例中抽象出杠杆模型，通过模型结合杠杆平衡的条件进行分析并能解决相关问题。
eq \x(科学探究)
经历探究杠杆平衡条件的过程，学会分析实验现象、寻找数据间规律，从而归纳出实验结论的一般方法，提高实验探究能力和思维能力。
eq \x(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，总结成功的经验。
2．乐于在周围生活中发现和分析各种杠杆，具有利用杠杆方便生产、生活的意识。能体会我国古代关于简单机械应用的智慧。
教学重点：1.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相关问题。2.杠杆的分类。
教学难点：力臂的概念和画法。
钉锤、铁架台、钩码、细绳、杠杆、多媒体课件等。
多媒体展示：如图所示，古埃及人建造金字塔时利用简单机械搬动巨大石块；我国古代利用桔槔在井中汲水；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。
探究点一 认识杠杆
观察下图中物体的工作特点，请学生回答。
学生交流讨论得出：(1)硬。(2)在力的作用下绕某一点转动。
演示：用长木板绕固定点转动撬一重物。
说明物体只要是硬的就行，跟形状无关。
总结：物理学中，这种在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就称为杠杆。
让学生再举一些杠杆的实例(如筷子、跷跷板)以巩固对定义的理解。
课件图片展示，撬棒撬石头。
师：人们用撬棒撬石头时，就是利用了杠杆。如图所示，撬棒在撬动石头时，固定不动的点O称为杠杆的支点；人施加的力F1使撬棒转动，这个力为动力；石头对撬棒的压力F2阻碍了撬棒的转动，这个力为阻力。
动画呈现支点O和动力F1、阻力F2。
师：那么要产生同样的效果，施加力的大小、方向是否一样呢？
让学生按下图分别操作。
(1)先后按图甲三个位置沿图示方向向下施力使杠杆静止。
师：三次施加力的大小是否一样？
学生回答：不一样(大小关系能回答出来)。
师：这说明要使杠杆保持这种状态，力的大小跟什么有关？
学生可能会回答跟支点到作用点的远近有关，且距离越远，力越小。
(2)老师不加解释，再让学生按图乙所示施加力使杠杆保持静止，学生会发现虽然作用点相同，但力的大小却不同，且F1>F2，问：那跟什么有关呢？
学生无法解释(必然产生强烈的求知欲)，这时让学生在图上过支点O作F1、F2方向的垂线段(这一点有些学生的知识准备可能不足，老师可先观察，若学生画得很好，老师就略画一下，若不行，老师就得详细示范给学生看)并标上l1、l2。
师：l1、l2哪个大？F1、F2哪个大？
老师再来解释要使杠杆保持静止状态，力的大小不是跟支点到力的作用点的距离有关，而是跟支点到沿力的方向所在的直线的距离有关。沿力的方向所画的直线叫力的作用线，从支点到力的作用线的距离叫力臂。
动力臂：支点到动力作用线的距离，用l1表示。
阻力臂：支点到阻力作用线的距离，用l2表示。
老师在黑板上画出跷跷板的示意图，并示范画出杠杆的五要素。
练习：请同学们画出下图的力臂。
教师巡回指导，注意比较典型的错误，反馈点拨。
教师归纳总结，画力臂的步骤：
(1)确定支点。
(2)确定力的作用线。
(3)过支点到力的作用线作垂线。
(4)标垂足，定力臂。
探究点二 实验：探究杠杆的平衡条件
师：当杠杆在动力和阻力的作用下静止或匀速转动时，我们就说杠杆处于平衡状态。那么杠杆的平衡跟哪些因素有关呢？
探究：杠杆的平衡条件。
1．猜想。
2．设计实验。
3.进行实验：
(1)把杠杆用细线挂在铁架台上，调节两端的平衡螺母，使杠杆不挂钩码时在水平位置平衡(便于测量力臂)。
(2)在杠杆两端挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆平衡。这时杠杆两端受到的作用力等于各自钩码的重力。把支点右边的钩码对杠杆的作用力当作动力F1，支点左边的钩码对杠杆的作用力当作阻力F2；量出杠杆水平平衡时的动力臂l1和阻力臂l2；把数值填入表中。
(3)改变力和力臂的数值，再做两次实验。
4.交流与合作，得出结论：根据表中的数据进行分析，例如可以对它们进行加、减、乘、除等运算，找出它们之间的关系。
师：对于开始提出的问题，你能得出什么？
杠杆的平衡条件(杠杆原理)：
动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即F1l1＝F2l2。
用比例式表示为 eq \f(F1,F2) ＝ eq \f(l2,l1) ，它的含义是如果动力臂是阻力臂的几倍，那么动力就是阻力的几分之一。
探究点三 杠杆的应用
师：从古至今，杠杆在生产生活中均有广泛的应用，如前面看到的建造金字塔的过程中用杠杆撬动石块来使其移动；利用桔槔在井中汲水。现代生活中仍在大量使用杠杆，请分别画出下列杠杆的动力臂和阻力臂。
多媒体展示现代生活中的杠杆。
学生画图。
师：你认为这些杠杆可以分成几类？每一类杠杆分别有什么特点？
学生讨论、分析。
教师归纳总结：根据杠杆的平衡条件，可知杠杆的应用有三种情况。
(1)省力杠杆：动力臂大于阻力臂，动力小于阻力，省力但费距离。如撬棒、铡刀、小推车等。
(2)费力杠杆：动力臂小于阻力臂，动力大于阻力，费力但省距离。如铁锹、船桨、筷子等。
(3)等臂杠杆：动力臂等于阻力臂，不省力也不费距离。如托盘天平、跷跷板等。
师：杠杆无论是省力还是费力，都各有所长。在应用时应扬长避短，分别发挥其特有的作用。下面我们来看例题。
例题：植树活动中，两位同学用1.2 m长的轻竹竿抬水(如图)。水和桶总重为120 N，水桶挂在视为水平的轻竹竿的A处，距后面同学0.5 m。求：后面同学抬水所用的力的大小。(竹竿的重力忽略不计，两位同学各自对竹竿的力的作用点之间的距离近似认为是1.2 m)
解：由题意，水和桶的重力之和G＝120 N，动力臂l1＝BC＝1.2 m，阻力臂l2＝AB＝1.2 m－0.5 m＝0.7 m。根据杠杆平衡条件F1l1＝F2l2可知，Fl1＝Gl2。因此，F＝ eq \f(Gl2,l1) ＝ eq \f(120 N×0.7 m,1.2 m) ＝70 N。
讨论：如果要使后面同学少用力，水桶应向前移还是向后移？
讲解：根据平衡条件Fl1＝Gl2，如果要使后面同学少用力，即需要使F减小，在G不变的情况下，可以减小阻力臂l2，即将水桶向前移；或者增大动力臂l1，即后面同学的肩膀位置C处向后移。由题意，水桶向前移。
第一节 探究：杠杆的平衡条件
一、杠杆的定义
在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒。
二、杠杆的五要素
1．支点：杠杆绕着转动的点。
2．动力：使杠杆转动的力。
3．阻力：阻碍杠杆转动的力。
4．动力臂：从支点到动力作用线的距离。
5．阻力臂：从支点到阻力作用线的距离。
三、杠杆的平衡
当杠杆在动力和阻力作用下静止(或匀速转动)时，我们就说此时杠杆处于平衡状态。
四、杠杆的平衡条件
动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即F1l1＝F2l2或 eq \f(F1,F2) ＝ eq \f(l2,l1) 。
五、杠杆的分类
杠杆在生产生活中有着广泛的应用，学好这部分知识具有重要的实际意义。杠杆是一种重要的简单机械，也是学习滑轮、轮轴等其他一些简单机械的基础。大部分学生对生活中的杠杆比较熟悉，也很感兴趣；但对杠杆的“五要素”及杠杆的平衡条件还不清楚。通过本节课的学习，可以把学生的感性经验上升为理性认识。另外，让学生亲自经历探究杠杆平衡条件的全过程，有利于培养学生科学探究的能力。
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
杠杆类型
杠杆特点
杠杆优点
杠杆缺点
省力杠杆
l1＞l2，F1＜F2
省力
费距离
费力杠杆
l1＜l2，F1＞F2
省距离
费力
等臂杠杆
l1＝l2，F1＝F2
既不省力也不省距离