杠杆及其平衡条件

科学探究：杠杆的平衡条件芜湖市田家炳实验中学陈志坚教学设计〔教材分析〕本节是五、六两章力学知识的延续，也是学习滑轮、滑轮组及功等知识的基础，是力学的重点内容。

日常生活中的杠杆现象学生都非常熟悉，因此，教材并没有详细分析杠杆的基本概念，而是将重点放在学生进行科学探究，得出杠杆的平衡条件上。

所以，在教学中激发学生的学习兴趣、让学生亲身经历杠杆平衡条件的探究过程，引导学生学会探究方法尤为重要。

〔课程理念〕从学生生活中熟悉的许多工具(杠杆)谈起，通过学生主动观察、分析、猜想、探究，从而得到杠杆概念及其平衡条件。

教学要体现“从生活走向物理”的基本理念，尽量贴近学生生活，使学生体验到生活中无处不在的物理知识，从而激发起学生学习的兴趣，让学生在学习科学的研究方法的同时，培养学生的探索精神、实践能力及创新意识。

〔知识准备〕学生通过有关力的知识的学习，对力的知识、物体运动与力的关系、平衡概念等有比较深刻的认识；另外，学生已学会了天平的调节，这些都为学习本节做好了铺垫。

〔学生现状〕学生对杠杆的认识是感性的，但这些认识可能肤浅、片面，甚至错误。

因此，在教学中教师要鼓励学生们积极地去观察、讨论、猜想、探究，从中归纳出杠杆的特征及平衡条件。

探究过程中，教师和学生的角色发生变化。

教师以引导者、合作者的身份参与学生的学习；学生主动探究，阐述观点、明辨是非，做自己学习的主人。

〔教学目标〕1. 知识目标：了解杠杆及支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂等概念，掌握杠杆平衡条件。

2. 能力目标：通过参与科学探究活动，归纳得出杠杆平衡条件，培养学生观察能力、动手能力、分析解决问题能力，以及学生之间合作学习能力等。

3. 情感态度与价值观目标：培养学生探究物理规律的兴趣、严谨的科学态度和科学精神。

〔教学重、难点〕经历科学探究过程，归纳杠杆平衡条件。

〔教学用具〕1. 学生自带的工具。

2. 分组实验器材：铁架台、杠杆、钩码等。

3. 杆秤、水果、汽水瓶、多媒体光盘等。

〔教学设计〕利用学生已有的知识，积极引导学生用科学的观点和态度来观察、感知和探索，主动地学习，大胆地猜想，并通过自己设计实验方案(制定实验计划)去探究，通过分析、讨论、归纳得出正确的结论。

因此采用实验探究式课堂教学。

教学程序1. 创设情境，导入新课问学生如何打开汽水瓶盖，激起学生的兴趣，引出“生活中杠杆”的话题。

让学生展示自带的器具，并说明它们的用途和好处。

教师利用多媒体进一步展示：生活中的杠杆(如剪刀、扳手、核桃夹、订书机等)。

教师提问：你见过大型机械吗?是否了解它们的用途?学生回答，教师予以鼓励，并利用多媒体展示：生产中常见的机械(如吊车、推土机等)。

介绍：我国古代就有了使用杠杆的先例。

指出，虽然当时的生产力水平低下，但勤劳的人民用自己的聪明才智制造的各种简单工具，改善了生产条件，方便了生活。

多媒体显示：古代天平、桔槔、舂在生活和生产中的使用情况。

教师总结并指出：生活和生产中的这些机械和工具实质上就是利用了“杠杆”的知识。

设问：为什么这些工具(杠杆)会给我们带来许多好处?由此导入新课。

2. 实验探究，认识杠杆〔学生活动1〕：实验探究杠杆的共同特征让学生观察自带的工具(杠杆)，并通过讨论，说出它们的共同特征。

得到杠杆概念：在力的作用下，能绕某一固定点转动的硬棒，叫杠杆。

学生活动：找到所带工具的固定点。

教师利用多媒体展示：活塞式抽水机手柄压水画面，观察固定点。

教师让学生用杆秤称水果。

设问：杆秤是不是杠杆?它的固定点在哪里?并由此导入以下内容。

〔学生活动2〕：认识杠杆的几个概念杠杆中的概念包括：支点(O)、动力(F1)、动力臂(l1)、阻力(F2)、阻力臂(l2)，并指导学生画力臂。

3. 探究杠杆的平衡条件〔学生活动3〕：让学生使用杆秤称不同个数的水果，引出杠杆平衡概念，并初步引导学生判断影响杠杆平衡的因素是“力”与“力臂”，教师鼓励学生去猜测、去探究。

为了使探究过程有序地进行，可将整个活动划分为如下四个环节：(1) 制定计划：学生利用所给的实验器材，自行设计实验方案。

(学生分组汇报思路。

)(2) 进行实验并收集数据：三人一组实验，分工、设计表格并进行记录。

(教师巡回检查指导，出现问题及时指出。

)(3) 对所得到的数据进行处理：对数据中的力臂单位、质量单位、力的单位等进行换算。

(4) 分析、判断并讨论交流：通过讨论，进一步验证自己的猜想，同时学生汇报实验结果。

序号〖〗动力()〖〗动力臂()〖〗阻力()〖〗阻力臂()〖〗是否平衡1234为了使数据真实有效，教师随机抽出4个小组，每组取出一组数据，让学生对表中的数据进行分析、归纳，依次排除错误的猜想，从中得出正确的结论。

结论：动力×动力臂=阻力×阻力臂。

4. 总结新课，提出问题(1) 通过探究，你对杠杆理解了吗?你能理解阿基米德的名言吗?(2) 在探究实验中，为什么要使杠杆处于水平位置平衡?(3) 家庭中使用的普通剪刀与理发用的专用剪刀有何不同?请通过观察研究后说明理由。

课堂实录一、引入新课师：我们班同学谁的力气大?你们能否直接用手把汽水瓶盖打开?生：(动手后)打不开。

师：那么我们能不能把瓶盖打开呢?生：可以。

(女生用启瓶器轻松地打开瓶盖)师：这启瓶器就是我们生活中的杠杆。

(多媒体显示：生活中的部分杠杆)同学们，你们了解这些杠杆(工具)是如何使用的吗?它们有什么好处?你还能说出其他的杠杆(工具)吗?生：扳手是用来拧螺母的，它可以使我们轻易地将螺母拧紧或拧松。

(演示)生：订书机可以很方便地把纸装订在一起。

(演示)生：我手中拿的是自行车手刹。

用手轻轻地按住手刹，自行车很快就可停下来。

生：我手中的滑轮可以改变用力方向，方便我们工作。

(演示)师：同学们说的都很好。

你们见过大型机械吗?是否了解它们的用途?生：我见过大型吊车，它很轻易地将集装箱等吊起。

师：(多媒体显示大型机械工作的画面)同学们在课外善于观察。

其实，我国古代劳动人民用自己的聪明才智制造出来一些简单工具(杠杆)帮助他们解决生产和生活中的许多问题。

(多媒体显示古代天平、舂、桔槔)师：为什么这些杠杆(工具)会给我们带来许多好处?现在就让我们从生活中的杠杆开始研究。

二、实验研究，探索规律〔学生活动1〕：观察自带的工具(杠杆)通过讨论，说出它们有什么共同特征……生：在力的作用下，能绕某一固定转动的硬杆，就叫做杠杆。

学生活动：找所带工具的固定点。

老师演示：用杆秤称水果。

师：杆秤是杠杆吗?如果是，它的固定点在哪里?生：是杠杆，因为它可绕提钮转动。

提钮就是固定点。

师：为了了解杠杆的使用，同学们可阅读课本中的有关内容，认识杠杆上的几个概念。

〔学生活动2〕：认识杠杆的几个概念生：支点(O)：杠杆绕着转动的固定点。

生：动力(F1)：使杠杆转动的力。

生：阻力(F2)：阻碍杠杆转动的力。

生：动力臂(l1)：支点到动力作用线的距离。

生：阻力臂(l2)：支点到阻力作用线的距离。

(学生认识了这几个概念后，再用多媒体显示)课堂杠杆试验：找出所给杠杆(撬棒)的支点、动力、阻力、动力臂及阻力臂。

(学生用微机操作)师：通过练习，同学们已掌握杠杆上的几个概念。

现在让我们再回到杆秤称水果的问题上，请一位同学上来演示。

(学生演示：如何用杆秤称不同量的水果)师：你为什么要这样称?生：如果杆秤不平衡了，就无法称出水果的多少，且要根据水果的多少来移动秤砣或更换秤钮。

师：杠杆的平衡与哪些因素有关，有什么样的关系?生：与动力、阻力、动力臂、阻力臂有关。

师：我们可以通过实验探究，得到确定的关系。

〔学生活动3〕：探究杠杆的平衡条件师：(1) 现给同学们每3人一组，共分五组的实验器材，你们如何设计这个实验?生：将杠杆挂在铁架台上，观察是否在水平位置平衡(静止)；若不是，可调节平衡螺母，使之水平平衡。

(2) 在杠杆支点的左边挂一定量的钩码，在支点右边也挂上钩码，直至杠杆平衡为止。

(3) 重复多做几次平衡实验，得到不同数据。

(4) 将数据记录下来，分析得出结论。

师：很好，现在同学们可动手进行探究，每小组注意分工合作，完成探究任务。

学生分组认真探究，将结果填入自己设计好的表格中，同时对得到的结论进行分析、讨论。

老师在学生探究过程中进行巡视，发现问题及时提出，让学生自己去分析、解决问题。

师：请五组中作记录的同学将你们的结果投影到屏幕上。

生：我们这一组一共做4次平衡实验，每一次钩码所挂位置不同，数量也不相同，但每次都使它们保持平衡。

师：将五组中的实验数据任意各取一组填入我设计的表格中，你们从中可得到什么结论(杠杆平衡的条件)。

生：动力×动力臂=阻力×阻力臂。

师：我看有一组数据代入“动力+动力臂=阻力+阻力臂”也能成立，这为什么不是杠杆平衡条件。

生：我们所得到的数据全部符合“动力×动力臂=阻力×阻力臂”，而“动力+动力臂=阻力+阻力臂”不适合所有数据，因此它不是杠杆平衡条件。

三、结束新课，提出问题1. 通过探究，你能理解阿基米德的名言吗?2. 在探究实验中，为什么要使杠杆处于水平位置平衡?3. 家庭中使用的普通剪刀与理发用的专用剪刀有何不同?请通过观察研究，说明理由(作业)。

专家点评1. 利用生活中的杠杆(开瓶器、杆秤)创设情境，引入新课，并让学生列举生活、生产中的事例，自行归纳出“杠杆”的概念，进而探究杠杆平衡规律。

这大大地激发了学生学习物理的兴趣，活跃了课堂气氛，学生可以愉快地完成学习任务。

同时也较好地体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程基本理念。

2. 课堂教学效果的好坏，并不在于教师是否把概念、规律讲清楚，讲透彻，而是看学生是否主动参与教学过程，勤于思考、乐于探究。

3. 探究活动是一个较为复杂的过程，涉及到七个主要环节。

为了使学生活动有序进行，教师对探究活动进行分块处理，聚散结合。

这样不仅使学生活动丝丝入扣，忙而不乱，而且也使探究教学更具有目的性。