[高一]杠杆(人教版)

从容说课
    简单机械在生产和生活中有广泛的应用．它既可以单独使用，也可以出现在复杂的机械中．简单机械的知识是理解复杂机械的基础．
    教材通过课文的引言，引起了学生对学习杠杆的兴趣，通过生活中常见的一些简单工具抽象出了杠杆的特征，使学生对杠杆有了初步的认识；通过学生的探究实验研究杠杆的规律得出了杠杆的平衡条件；从杠杆的平衡条件出发，讨论了杠杆可分为三种以及每种杠杆的特点．
    本节内容的重点是杠杆的平衡条件及应用，难点是对杠杆的认识及力臂的概念．教学中要注意引导学生从熟悉的简单机械中抽象出杠杆的特征，在杠杆中准确确立杠杆的动力、动力作用点，阻力、阻力作用点和支点．能利用数学知识，找准力臂，通过推门比赛等活动，引导学生提出问题、创造研究的气氛，通过探究活动，研究杠杆的平衡条件，并能用得到的结论去研究、分析问题．

教学目标
一、知识目标
    1．知道什么是杠杆，能从常见的工具和简单机械中识别
    2．知道杠杆的一些应用．

二、能力目标
    1．通过观察和实验，了解杠杆的结构，具有一定的观察能力、分析和概括能力．
    2．通过探究，了解杠杆的平衡条件，具有一定的实验能力．

三、德育目标
    通过了解杠杆的应用，进一步认识物理是有用的，提高学习物理的兴趣．

教学重点：理解杠杆的平衡条件．

教学难点：从常见的工具和简单机械中识别杠杆，理解力臂的概念．

教学方法
    引导讨论法：从生活中的实例引导学生分析讨论抽象出杠杆的共同特征．
    探究法：通过学生探究实验，得到杠杆的平衡条件．

教具准备：抽水机模型、瓶起子、剪刀、投影仪、杠杆支架、钩码、尺、线等．

课时安排：2课时

教学过程
一、引入新课
    请学生阅读教材P53引言部分，使学生了解简单机械在生产、生活中有广泛的应用，认识到学好这部分知识具有实际的意义，自然引入杠杆一节的学习内容．

二、新课教学
    1．什么是杠杆?
    [演示]出示瓶起子、剪刀等实物，请学生观察并请一名同学演示操作使用．
    [投影](或利用活动挂图)撬棒、跷跷板、抽水机模型，转动活动投影片(或活动挂图)中的撬棒、跷跷板、抽水机的摇柄．
    [师]同学们从刚才的观察中能说出它们有什么共同的特点吗?
    [生]刚才观察的物体如撬棒、跷跷板等它们都是硬棒．
    [生]这些硬棒在受力的时候，都能绕着一个固定的点转动．
    [师]一根硬棒，在力的作用下如果能绕着固定点转动，这根硬棒就叫做杠杆(1ever)．(板书)
    [师]除了同学们刚才已经看到的以外，大家还了解生活中有哪些物体在使用时也是杠杆吗?请同学们互相讨论．
    [生]钳子和镊子都是杠杆．
    [生]剪指甲用的指甲刀也是杠杆．
    [生]缝纫机踏板和汽车脚踩的刹车也可以认为是杠杆．
    [生]在农村挑水时用的扁担也是杠杆．
    [生]我们吃饭用的筷子就是杠杆．
    [生]生活中使用的杆秤，实验室常用的天平都是杠杆．
    [师]在我们的生活中用到杠杆的地方实在是太多了．从同学们举出的这许多的例子中，大家分析：(1)为什么杠杆必须是根“硬”棒?(2)杠杆必须是“直”棒吗?同学们可以先讨论．
    [生]如果杠杆不“硬”，在力的作用下它将很容易发生形变，不能工作，因此杠杆必须是硬棒．
    [生]杠杆定义中的硬棒指的是“不易变形的物体”，所以杠杆不一定是直棒，其形状可各异．
    [师]同学们分析得非常正确．(出示一硬棒请同学们观察思考)请同学们讨论老师拿着的是杠杆吗?
    [生]老师拿着的是硬棒，不是杠杆．一根硬棒在力的作用下能绕着固定点转动的时候，这根硬棒才能叫杠杆．因此，杠杆是硬棒，但硬棒不一定是杠杆．
    [生]我同意刚才那位同学的意见．例如，打气筒内的活塞杆是硬棒，它在受到力的作用时是上下移动而不是绕固定点转动，所以不是杠杆．
    [生]一根硬棒能成为杠杆必须满足两个条件：一是要有力的作用，二是能绕着固定点转动．缺少任何一个条件，硬棒就不能成为杠杆了．
    [师]我们应该一起为同学们精彩的表现鼓掌祝贺．
    [师]杠杆的应用很广泛，但杠杆有什么作用呢?为了了解杠杆的作用，我们先来熟悉几个与杠杆有关的名词．

    [投影]用撬棒撬石头．
    教师在黑板上画出撬棒的杠杆示意图，引导学生按撬棒的实际使用情况找出杠杆的三点、两力、两臂，并在介绍各概念的同时，规范地在杠杆示意图上标出三点、两力及两臂．
    [投影]
    支点：杠杆绕着转动的点O．
    动力：使杠杆转动的力F1．
    阻力：阻碍杠杆转动的力F2．
    动力作用点：A
    阻力作用点：B
    动力臂：从支点到动力作用线的距离l1．
    阻力臂：从支点到阻力作用线的距离l2．
    [投影]
     练习：找出下列各图中的杠杆，并画出杠杆的示意图．
    (学生练习，教师巡视指导) 
    [师]哪位同学可以讲讲杠杆示意图的一般画法?  
    [生]首先将实物杠杆简化，即把杠杆按原样简化成线段、折线或曲线；然后按杠杆的实际工作情况画出支点，确定动力作用点和阻力作用点；最后画出动力、阻力及动力臂和阻力臂．
    [师]同学们在画图的过程中有什么新的发现吗?
    [生]我发现支点可以在杠杆的中间部位，也可以是在杠杆的某一端．
    [生]有些杠杆的动力和阻力是人为规定的，例如跷跷板．
    [生]动力和阻力都是杠杆受到的力，它们会使杠杆绕支点转动的方向相反，但动力和阻力的方向不一定总是相反．
    [生]画力臂的时候，应是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．

    2．杠杆的平衡条件
    [师]同学们对杠杆已经有了一定的认识，我们通常使用杠杆都是在杠杆平衡或非常接近平衡的条件下使用的，当杠杆在动力和阻力作用下静止时，我们就说杠杆平衡了．那么杠杆的平衡条件是什么呢?我们先来进行一场推门比赛．同学们可以预测是大力士能赢还是小个子能赢?
 
请出班里同学们公认的大力士和一名力气小的同学(或一名小女生)进行比赛．结果力气小的同学赢了．
    [师]看到这样的结果，同学们有什么感想吗?
    [生]为什么大力士会推不过力气较小的人呢?
    [生]在生活中我们要移动一个较重的物体时，单靠两只手无法实现的时候，就会想到利用工具，用较小的力来移动较重的物体．这和今天推门比赛中小力气的人与大力士抗衡应该是一个道理．
    [生]从比赛的结果可以发现，杠杆平衡时不仅和力的大小有关系，还和力的作用点和力臂的大小有关系．
    [师]你们认为杠杆平衡时，动力、动力臂与阻力、阻力臂之间有什么关系呢?大家可以大胆猜测．
    [生]推门时，力气小的人在门把手附近用较小的力就可以把门推开，在门转轴附近推门就很费力．说明推动杠杆时，力臂大时，力可以小一些，力臂小时，就要用很大的力．
    [生]杠杆平衡时，动力及阻力与动力臂及阻力臂可能是一个反比例的关系．
    [师]同学们的猜测很有道理，但是到底对不对呢?还要通过实践来检验．
    [探究]杠杆的平衡条件
    [师]同学们可以按照课本的提示，设计并完成探究实验，实验结束后，各组进行交流．
    (学生实验，教师巡视指导并参与同学们的活动)．
    第一组：
    (1)首先调节杠杆的平衡螺母，使杠杆不挂钩码时在水平位置平衡．
    (2)在杠杆的左右两端分别挂上不同数量的钩码，调节钩码的位置，使杠杆在水平位置再次平衡．
    (3)根据钩码的质量，分别算出左右两端钩码受到的力F左、F右，若将左边的力叫动力，则杠杆的动力F1＝F左，阻力F2=F右．量出杠杆平衡时的动力臂l1和阻力臂l2，填入表格．
    (4)改变钩码个数或改变钩码在杠杆上的位置继续实验，再做两次并分别将数据记下．
    (5)分析实验数据，可以发现，杠杆平衡时动力×动力臂＝阻力×阻力臂．
    第二组：
    我们组和第一组的做法基本相同，只有一点区别．
    (1)杠杆不挂钩码时，调节杠杆两端的螺母使杠杆在某一位置静止，这个位置不是水平位置．
    (2)在杠杆左右两端挂上钩码，调节钩码的位置，使杠杆再次平衡在原来的位置上，算出钩码左右两边受到的作用力，并量出力臂，填入表格．
    (3)改变钩码个数：调节所挂位置再重复两次并记录数据，填入表格．
    (4)分析实验数据，得到的结论是，杠杆平衡时：动力×动力臂=阻力×阻力臂．
    [师]同学们分析讨论这两个小组的操作各有哪些特点?
    [生]第二组同学的做法是杠杆的平衡位置不在水平位置，开始不挂钩码时的位置很好选择，但在挂上钩码后再次平衡时，测力臂不方便，不过他们的做法也是可以的．
    [生]第一组同学的做法较好．因为杠杆的平衡位置是水平位置，挂上钩码再次平衡后，力臂落在杠杆上，支点和力的作用点的距离就是力臂的大小，非常容易测量．
    [师]还有哪些同学和前面两组同学的做法都不一样，上台来展示你们的结论．
    第三组：
    我们组和前两组同学的不同之处是：杠杆在水平位置平衡后，在杠杆一端的某一位置上挂上钩码，另一端的某一位置通过弹簧秤拉住杠杆，使杠杆再次平衡．这样做的好处是不用调节钩码的位置，直接就可以通过人对杠杆的拉力使杠杆很快平衡，并且可以从弹簧秤上读出力的大小．通过三次实验数据的分析，也得到了和前两组相同的结论．
    在实验中我们还发现在杠杆的同一个位置上沿不同方向拉弹簧秤时，尽管杠杆保持平衡，但弹簧秤的拉力是不一样的．
    第四组：
    前三个细杠杆的支点都在杠杆的中间位置，我们选择杠杆的支点在杠杆的某一端，也得到了和前面三组同学相同的结论．
    [师]通过和别的小组的交流，同学们有没有新的收获呢?
    [生]支点在杠杆的中间时，动力和阻力的方向是大致相同的，支点在杠杆的某一端时，动力和阻力的方向是大致相反的，这样杠杆方能平衡．
    [生]不论采用什么方法实验杠杆平衡时，都能得出相同的结论．
    [师]杠杆的平衡条件就是：动力×动力臂＝阻力×阻力臂或F1l1=F2l2(板书)．
    [师]对于第三组同学在实验中发现的问题同学们可以再试一试，并分析为什么作用点不变时，力的方向不同，会使力的大小也不同．
    [生]因为力的方向改变时，尽管作用点不变，但力臂变化了，所以力的大小必须改变才能使杠杆平衡．
    [师]同学们分析得很好，可不可以利用杠杆的平衡条件解释“为什么大力士会推不过力气较小的人”，解决用更小的力撬起大石头的问题呢?
    [生]杠杆平衡时，F1l1＝F1l2，力气较小的人尽管力小但在靠近门把手的地方推，力臂较大；而大力士虽然力很大，但他靠近门轴，力臂很小，所以大力士推不过力气小的人．
    [生]根据杠杆的平衡条件，要使用更小的力撬起大石头，就一定要使动力臂更大．

    3．杠杆的应用
    [师]杠杆在生活中的应用很多，是不是所有的杠杆都能省力呢?请同学们阅读“科学世界”归纳杠杆的分类及各类杠杆的特点．
    (学生阅读、讨论、分类总结)
    [生]杠杆可以分成三类，分别是省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆．
    [生]动力臂比阻力臂长的是省力杠杆，这类杠杆的特点是省了力但费了距离．
    [生]动力臂小于阻力臂的杠杆是费力杠杆，这类杠杆的特点是费了力但省了距离．
    [生]动力臂等于阻力臂的杠杆是等臂杠杆，这类杠杆使用时不省力也不费力．我们学过的天平就是一个等臂杠杆．
    [投影]
    练习1：如图是一个指甲刀的示意图，请你分析它由
几个杠杆组成，分别是杠杆中的哪一类?
    练习2：下列所示的工具或仪器中分别属于什么杠杆?
    练习3：如下图为脚踩式垃圾桶的示意图，试分析它的工作原理．
    (学生分析讨论后交流)
    [生]指甲剪上有三个杠杆ABC、OBD和OEC，使用时，杠杆ABC的支点是B，所以ABC是省力杠杆，杠杆OBD和OED的支点在O点，阻力作用在刀口D处，所以OBD、OED是费力杠杆．
    [生]练习2中的A行李车是省力杠杆，天平是等臂杠杆，晾衣竿和脚踏板是费力杠杆．
    [生]在打开垃圾桶盖子的过程中，是杠杆ABC和A′B′C′在起作用，杠杆ABC是一个省力杠杆，A′B′C′是一个费力杠杆．工作过程中脚踩A点，使省力杠杆绕月点转动工作，从而带动费力杠杆A′B′C′工作将盖子掀开．
    [师]同学们对杠杆已有了一定的了解，希望大家在课后找出更多的生活中应用杠杆的例子，分析它们的工作原理，阅读“科学世界《小小弹簧秤，秤出大象重力》”，了解如何利用弹簧秤测出大象的重量．

三、小结
    师生共同小结本节内容：
    1．认识杠杆．
    2．杠杆的平衡条件．
    3．杠杆的分类及作用．

四、动手动脑学物理
    除完成教材中题目外，应鼓励学生多观察，从生活中寻找杠杆并能理解它们的工作原理及工作过程．

五、板书设计
    概念：一根硬棒在力的作用下如果能绕着固定点转动，这根硬棒就叫杠杆
                 一点、两力、两臂
           平衡条件： F1l1=F2l2
                     省力杠杆
           三种杠杆  费力杠杆
                     等臂杠杆