人教版八年级下册12.1 杠杆教学设计及反思

这是一份人教版八年级下册12.1 杠杆教学设计及反思，共9页。教案主要包含了杠杆，杠杆的平衡条件，生活中的杠杆等内容，欢迎下载使用。

设计说明
“杠杆”这一节是让学生建立杠杆的初步概念，了解杠杆的五要素，杠杆的平衡条件和现实生活中杠杆的分类。其实杠杆在现实生活中是很常见的机械，来自生活中的各个角落，根据“从生活走向物理”的理念，在教这部分内容时，应该从学生熟悉的一些涉及杠杆的生活用品入手，结合教材中给出的杠杆定义来进一步认识杠杆的五要素。对杠杆力臂的作图是这节课的重难点，教学时建议要从“点”“线”两个不同的研究对象入手，结合“距离”进行掌握。关于平衡状态，初中物理课程仅涉及二力平衡和杠杆平衡，《课标》中对杠杆平衡有新的要求，即通过实验，探究并了解杠杆的平衡条件，特别是探究杠杆的平衡条件是学生必做的实验；杠杆的分类可以根据其现实生活中实物的应用特点进行总结，然后再结合力臂的长短关系进行进一步的验证。
关于杠杆力臂的教学，应该重点讲解力臂的物理意义和相应的作图法，并辅以一定的练习。
教学目标
1.能识别杠杆，并能准确找出支点、动力、阻力、动力臂和阻力臂。
2.通过实验探究，能得出杠杆的平衡条件，并能利用杠杆的平衡条件进行相关计算。
3.能对杠杆进行分类，并能根据实际需要选择合适的杠杆。
教学重点难点
1.重点：认识什么是杠杆，探究杠杆的平衡条件，杠杆的应用。
2.难点：杠杆力臂的作图、杠杆平衡条件的应用。
教具
常见的杠杆（如指甲剪、羊角锤、瓶盖起子等），弹簧测力计，钩码，演示用杠杆（带钉子的木板、螺丝刀等）。
教学过程
回顾思考
1.数学中 “点到直线的距离”的作法：从点向直线________，点到垂足之间的线段的长度就是点到直线的距离。
2.数学中关于比例的知识，因为a∶b=c∶d，所以ad=bc，即“两内项之积等于________”。
3.推门时，在________附近用力，门容易被推开；如果在________附近用力推感觉比较费力。
导入新课
1.游戏导入
让班内力气最大的一名男生和班内力气最小的一名女生上台分别捏粉笔头表演。
男生：空手捏粉笔头，结果没捏碎。
女生：使用钳子夹粉笔头，结果粉笔被夹碎。
提问：女生的力气比男生小为什么反而能把粉笔头夹碎呢？
（学生讨论：因为女生用了钳子，钳子属于简单机械） 教师根据学生的回答引入课题。
2.多媒体导入
利用多媒体播放古代中国人修筑万里长城、古埃及人修筑金字塔的画面，播放工人用撬棒撬动石头、两个学生玩跷跷板、抽水机的手柄等画面。
引导学生观察与思考：古人用什么工具把那么巨大的石料吊起？日常生活中选用不同类型的机械有什么好处？
3.问题导入
拿一个插入钉子的木板，向学生展示。
教师：老师拿的这个木板上的这些钉子需要拔出来，哪位同学愿意来帮老师？（可准备工具如：羊角锤、螺丝刀等）
学生帮老师完成后，提出问题。
为什么我们用手拔不出来的钉子，用羊角锤这样的工具就可以拔出来，它们有什么样的特点呢？这节课我们就来学习一下。
由此引入本节内容。
进行新课
探究点一 认识杠杆
1.合作探究：认识杠杆
（1）多媒体展示如右图。
（同学们见过这种机械吗？你认为它是怎样使用的？）
学生活动：学生观察大人用木棍撬重物的过程和小朋友玩跷跷板的过程。
分析与归纳：根据上述情景，结合自己的生活经验进行分析：这些机械在什么情况下才能这样运动？发生了怎样的运动？
（这些机械在受到两个力的作用的时候就会发生转动）
（2）它们有什么共同之处？
引导学生们经过讨论得出相应的结论，如都是硬棒，都受到了力的作用，在力的作用下都能围绕某个点转动等。
归纳杠杆的概念：一根硬棒，在力的作用下能绕某一固定点转动，这根硬棒就是杠杆。
注意：“硬棒”的含义是指在力的作用下不发生或基本不发生形变；“转动”的意思是指杠杆能够围绕某个点转动，但不一定非要让杠杆转动一周。
2.合作探究：认识杠杆的五个要素
学生活动：找到上述桔槔、木棍撬重物的转动点。
归纳：杠杆绕着转动的点，叫做杠杆的支点，用字母“O”表示。
问题：在木棍撬重物的过程中，木棍受到了几个力的作用？这几个力中又有哪些会影响木棍转动这一运动状态？围绕转动的点又在哪里？
归纳：使杠杆向着我们所期望的方向转动的力叫做动力，一般用F1表示；阻碍杠杆向着我们期望的方向转动的力叫做阻力，一般用F2表示。
师：展示杠杆的图片（如图），找出这两个杠杆的支点、动力和阻力。
学生活动：教师利用多媒体动画展示：活塞式抽水机手柄压水的画面（如图），观察并确定支点的位置。
合作探究：认识杠杆的力臂
提问：同学们小的时候都玩过跷跷板吗？谁来告诉老师，小的时候你们是怎么跷起比你重的小朋友的？（用学生喜闻乐见的游戏来激发学生的学习兴趣）
实验：我们来做一个实验。
我们先在杆的左边固定一个钩码，当成比你重的小朋友。在右边用弹簧测力计拉，从左到右。老师演示，拉力的方向都保持与杆垂直，使杆在水平位置平衡。
提问：大家记录数据，同学们来概括一下弹簧测力计示数的变化？
归纳：随着作用点从左向右移动，弹簧测力计的示数越来越小，也就是力越来越小。作用点离支点越远力就越小，好像力的大小和支点到力的作用点的距离成反比关系。我们学过力的三要素——力的大小、方向和作用点，同学们有没有想过作用力的大小除了和力的作用点有关，是不是也和力的方向有关？
实验演示：老师演示保持钩码位置不变，弹簧测力计的作用点也不变，只是改变拉力的方向。
提问：弹簧测力计示数如何变化？
归纳：原来力的大小除了和力的作用点有关，还和力的方向有关。刚才我们说作用点离支点越远，力越小，现在我们把这个补充得更完整：支点离力的作用线越远，力越小。
总结出：力的作用效果受力及支点到力的作用线距离的影响。
从支点到力的作用线的距离叫做杠杆的力臂。即从支点到动力作用线的距离叫做动力臂，一般用l1表示；从支点到阻力作用线的距离叫做阻力臂，一般用l2表示。如图所示。
强调：力臂是指杠杆在使用时支点到力的作用线之间的距离，即“点线之距”，而不是支点到力的作用点之间的距离。
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例1 请在图中画出动力F1的力臂L1。
解析：由支点O向F1的作用线作垂线，垂线的长度即为F1的力臂L1。
答案：如图所示
例2 如图是一种活塞式抽水机的示意图。其中手柄AOB是一个杠杆，杠杆在动力F1的作用下绕O点匀速转动，请在图中画出杠杆在B点受到阻力的示意图和F1的力臂。
解析：由题图知，此时向上提起杠杆的左端，杠杆会绕O点顺时针转动，则B点会受到下面连杆向上的支持力，即阻力的方向竖直向上，过B点作竖直向上的阻力F2；反向延长力F1画出力的作用线，过支点O作动力作用线的垂线段，即动力臂L1。
答案：如图所示
探究点二 杠杆的平衡条件
提出问题：物体在什么情况下称之为平衡？二力平衡的条件是什么？
讲述：如果物体处于静止状态或匀速直线运动状态，我们就说物体处于平衡状态，此时物体受到的力叫做平衡力；若物体只受到了两个力的作用，而且这两个力的大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，那么我们就可以说这两个力是一对平衡力。
讨论：你认为杠杆在什么情况下叫做平衡状态？
（根据学生的回答进行归纳和补充）
总结：杠杆在静止或匀速转动的时候称之为杠杆平衡。
合作探究：探究杠杆的平衡条件
（1）提出问题：杠杆平衡时，动力、动力臂和阻力、阻力臂之间存在着怎样的关系？
（2）猜想与假设：几位同学作出了几种假设，你还有其他的假设吗？
（3）制订计划与设计实验：
思考与讨论：
A.杠杆两端各装1只可调节的螺母，能起什么作用？
（作用是调节杠杆自身的平衡。）
B.为什么要求杠杆静止在水平位置呢？
师生共同讨论，得出结论：
因为这样力臂的数值能在杠杆上直接读出或量出。
强调：杠杆在水平位置平衡时，杠杆自身重力的力臂为零，杠杆自身重力对杠杆的平衡不产生影响，且力臂大小可以直接从杠杆上读出，测量非常方便。
实验步骤：
①调节杠杆两端的螺母，使杠杆平衡。
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。
③把支点右边的钩码对杠杆的拉力当成动力F1，其大小等于右边的钩码重，支点左边的钩码对杠杆的拉力当成阻力F2，其大小等于左边的钩码重。用刻度尺量出动力臂l1和阻力臂l2，将各数值填入下表中。
④改变钩码的个数，再做两次，将数值填入下表中。
提问：对你的数据进行分析处理，与假设对照，你的结论是什么？
（4）交流与合作：经过交流，若发现你们的结论一致，你们的结论是什么？
归纳：杠杆的平衡条件是动力×动力臂=阻力×阻力臂。
杠杆平衡条件也称为杠杆原理。
杠杆原理也可写成=，即=。
（5）评估：如果你的结论与假设有差异，请你进一步改进探究方案，课后继续探究。
说明：①在公式中各物理量的单位要统一；②若使杠杆平衡，动力与阻力方向必须使杠杆绕支点运动方向相反，例如，同时使杠杆顺（逆）时针方向转动，杠杆就不能平衡；③从公式看，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。
请同学们看教材第78页的例题，然后试着完成下面的计算，若有问题教师再补充讲解。
例3 如图所示，杠杆AB放在钢制圆柱体的正中央水平凹槽CD中，杠杆AB能以凹槽两端的C点或D点为支点在竖直平面内转动，长度AC=CD=DB，左端重物G=12 N。当作用在B点竖直向下的拉力F足够大时，杠杆容易绕________（选填“C”或“D”）点翻转，为使杠杆AB保持水平位置平衡，拉力最小值F1=________N，最大值F2=________N。（杠杆、细绳的质量及摩擦均忽略不计）
解析：当作用在B点的拉力F足够大时，杠杆容易绕D点翻转；为使杠杆AB在水平位置平衡，根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2，以C点为支点时，拉力最小，F1×lBC=12 N×lAC，lBC=2lAC，解得F1=6 N；以D点为支点时，拉力最大，F2×lBD=12 N×lAD，lAD=2lBD，所以F2=24 N。
答案：D 6 24
例4 小华在做“探究杠杆平衡条件”实验的装置如图，杠杆上相邻刻线间的距离相等。

甲 乙
（1）杠杆在如图甲的位置静止时________（选填“是”或“不是”）处于杠杆平衡状态的。
（2）为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向________（选填“左”或“右”）端调节。
（3）如图乙，杠杆在水平位置平衡后，在A点挂两个钩码，每个钩码重0.5 N，在B点竖直向下拉弹簧测力计，仍使杠杆在水平位置平衡，此时弹簧测力计的示数应为________N。当弹簧测力计改为斜拉时，再次使杠杆在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将________（选填“变大”“变小”或“不变”）。
（4）小华改变钩码的个数和位置进行了多次实验，其目的是________。
解析：（1）杠杆的平衡状态是指杠杆处于静止或匀速转动状态，题图甲中杠杆处于静止状态，因而杠杆处于平衡状态。（2）由题图甲可知，杠杆不在水平位置，左端向下倾斜，说明杠杆的重心在左端，平衡螺母应向较高的右端调节。（3）每个钩码重0.5 N，由题图可知OB∶OA=2∶3，根据杠杆的平衡条件可得，F×OB=2G×OA，弹簧测力计的示数：F===1.5 N；斜向下拉时，阻力和阻力臂一定，动力臂变小，动力变大，所以弹簧测力计的示数将变大。（4）本实验中进行多次实验的目的是：使实验结论更具有普遍性，避免实验结论的偶然性。
答案：（1）是 （2）右 （3）1.5 变大 （4）使实验结论更具有普遍性，避免实验结论的偶然性
探究点三 生活中的杠杆
演示实验：实验装置如图所示，在杠杆左边挂两个钩码，然后分别在A、B、C点用弹簧测力计竖直向下拉杠杆使杠杆平衡，读出弹簧测力计的示数，比较三种情况弹簧测力计的示数大小与相应的力臂之间的关系。
在实验讨论的基础上，启发学生从动力臂与阻力臂关系的角度来定义三种杠杆。
说明：通过对三种杠杆的分类认识，我们可以发现：省力杠杆虽然省了力，但动力移动的距离比阻力移动的距离大，即省了力却费了距离。同样，费力杠杆虽然费了力，但动力移动的距离比阻力移动的距离小，即费了力却省了距离。
省力杠杆的好处是用很小的力就能获得很大的力，因此省力杠杆在生产和生活中应用十分广泛。那么，费力杠杆要用很大的力才得到很小的力，是否就没有用了呢？不是，用费力杠杆我们可以省去很多的距离。
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例5 下列工具属于省力杠杆的是（ ）

A.镊子 B.船桨 C.钓鱼竿 D.扳手
解析：扳手在使用时动力臂大于阻力臂，因此是省力杠杆；镊子、船桨、钓鱼竿在使用时动力臂小于阻力臂，因此都是费力杠杆。
答案：D
例6 如图为工地搬运砖头的独轮车，人抬起车把时，车体可以看成一个杠杆。关于这个杠杆，下列说法正确的是（ ）
A.手握的位置靠近把手末端时更费力
B.砖头的位置远离车轮时抬起更省力
C.轮子的中心是杠杆的支点
D.图中拉力F大于重力G
解析：轮子的中心是杠杆的支点，手握的位置靠近把手末端时，动力臂更长，则更省力，A错误，C正确；砖头的位置远离车轮时，重力的阻力臂变大，抬起更费力，B错误；根据杠杆平衡条件，动力臂大于阻力臂，故图中拉力F小于重力G，D错误。
答案：C
课堂小结
本节课我们主要学习了：
1.什么是杠杆及杠杆的五要素；
2.通过实验探究出了杠杆的平衡条件；
3.三种杠杆：省力、费力、等臂杠杆。
本节课的难点是画杠杆的力臂，大家课下要多练习。
下面完成“当堂达标”测试题。
布置作业
教材第80页“动手动脑学物理”第1至4题。
板书设计
序号
动力
动力臂
动力×动力臂
阻力
阻力臂
阻力×阻力臂
1
2
3
杠杆种类
结构特点
优、缺点
举例说明
省力杠杆
l1>l2
此类杠杆省力，但是费距离
独轮车、起子、扳手等
费力杠杆
l1此类杠杆费力，但是省距离
钓鱼竿、缝纫机脚踏板、筷子等
等臂杠杆
l1=l2
此类杠杆既不省力也不费力
天平等
一、杠杆
1.定义：在力的作用下能绕着固定点O转动的硬棒，叫做杠杆。
2.五要素：
（1）支点：杠杆可以绕其转动的点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：从支点O到动力F1作用线的距离l1。
（5）阻力臂：从支点O到阻力F2作用线的距离l2。
二、杠杆的平衡条件
动力×动力臂=阻力×阻力臂
即F1l1=F2l2
三、生活中的杠杆
1.省力杠杆：l1>l2，省力但费距离
2.费力杠杆：l13.等臂杠杆：l1=l2，既不省力也不省距离