一、杠桿（教學(xué)設(shè)計）年級九年級學(xué)科物理課時數(shù)教師課題一、杠桿教學(xué)目標(biāo)1．知道什么是杠桿及杠桿五要素；會畫杠桿的力臂；2．通過實驗探究，知道杠桿的平衡條件；3．知道杠桿的常見應(yīng)用，學(xué)會利用杠桿平衡條件解決簡單的問題；4．知道省力杠桿、等臂杠桿和費力杠桿。教材分析九年級上冊第十一章《簡單機(jī)械和功》選取與生活密切相關(guān)的“杠桿”作為切入點，通過豐富的實例與可操作的實驗，引導(dǎo)學(xué)生在真實情境中發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、收集證據(jù)并形成結(jié)論。本節(jié)課是本章第一課時，既要奠定對杠桿定義、五要素和平衡條件的知識基礎(chǔ)，又要為后續(xù)“動滑輪”“功”以及“機(jī)械效率”的學(xué)習(xí)埋下伏筆。教學(xué)重點1．杠桿及杠桿的五要素；2．探究杠桿平衡條件的實驗；3．杠桿原理的應(yīng)用。教學(xué)難點1．分析實際生活中復(fù)雜的杠桿模型，確定杠桿的五要素，并解決有關(guān)問題；2．嘗試解決探究杠桿平衡條件實驗中所遇到的問題；3．分析杠桿動態(tài)平衡問題。教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動導(dǎo)入新課在古代，人類就學(xué)會利用一些自然材料如石頭、木頭、獸骨、植物纖維等來制造工具。人們知道，單純依靠自己肌肉產(chǎn)生的力量是有限的，制造一些工具可以產(chǎn)生更好的效果。杠桿就是這樣的一類工具。你使用過杠桿類的工具嗎？能說說它的作用嗎？觀察、描述并初步猜測“支點—撬動—放大力”的特點學(xué)習(xí)新課一、什么是杠桿1．杠桿的定義【問題情境】如圖（a）所示，用硬棒（可選擇直尺或鉛筆）和橡皮撬動課本，觀察撬課本的過程；結(jié)合生活中的切紙刀［圖（b）］、開瓶器［圖（c）］、釣魚竿［圖（d）］等工具，分析這些工具在使用時有什么共同的特點？【演示實驗】圖釘很小，而且用手拔時需要用很大的力才行，所以直接用手很難把它直接拔出來。請從下圖中選擇合適的工具把圖釘拔出來。選擇羊角錘?！舅伎寂c討論】你是怎樣拔出圖釘?shù)?有哪些方法?哪一種方法更方便、省力?方法①：用螺絲刀撬出來；方法②：用羊角錘拔出來。羊角錘能夠方便地卡住圖釘，使用時相當(dāng)于一個省力杠桿，所以選擇圖中的羊角錘更方便、省力。定義：物理學(xué)中，將在力的作用下可繞一固定點轉(zhuǎn)動的硬棒稱為杠桿。注意:（1）“硬棒”是指在力的作用不發(fā)生形變。（2）杠桿可以是直的，也可以是彎曲的。如釣魚竿、指甲剪、腳踏式翻蓋垃圾桶。2．杠桿五要素杠桿的五要素是支點、動力、阻力、動力臂、阻力臂。（1）支點：杠桿繞著轉(zhuǎn)動的點，即圖中的點O。（2）動力：使杠桿轉(zhuǎn)動的力，即圖中的F1。（3）阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力，即圖中的F2。（4）動力臂：從支點到動力作用線（通過力的作用點沿力的方向所引的直線）的距離，即圖中的l1。（5）阻力臂：從支點到阻力作用線的距離，用l2表示。3．力臂的畫法【例1】畫出圖中杠桿各力的力臂。學(xué)習(xí)新課二、探究杠桿平衡的條件1．探究杠桿平衡的條件【信息快遞】當(dāng)杠桿在動力和阻力的作用下靜止時，我們就說杠桿處于平衡狀態(tài)。【演示實驗】1．安裝杠桿，調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使之在水平位置平衡。2．如圖所示，在杠桿左邊掛一定數(shù)量的鉤碼，用彈簧測力計在杠桿右邊某一位置豎直拉住杠桿。設(shè)彈簧測力計對杠桿豎直向下的拉力F1是動力，動力臂為l1；鉤碼對杠桿的拉力F2是阻力，阻力臂為l2。當(dāng)杠桿在水平位置平衡時，測量F1、l1、F2、l2的大小，并將數(shù)據(jù)記錄在下表中?！緦嶒灡砀瘛吭谙铝星闆r下使杠桿在水平位置平衡，將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄在實驗表格中：（1）保持鉤碼和彈簧測力計的位置不變，改變鉤碼的數(shù)量。（2）保持鉤碼的數(shù)量和位置不變，改變彈簧測力計的位置。聯(lián)系實際，討論生活中這些工具中國杠桿的使用知道杠桿的定義知道并學(xué)習(xí)分析杠桿實例中杠桿的五要素學(xué)習(xí)分步驟畫出杠桿的力臂知道力臂的畫法經(jīng)歷探究杠桿平衡條件的實驗過程序號F1/Nl1/cmF2/NL2/cm①②③④（3）保持彈簧測力計的位置和鉤碼的數(shù)量不變，改變鉤碼的位置?！緦嶒灲Y(jié)論】結(jié)論實驗表明，杠桿平衡時，動力×動力臂=阻力×阻力臂，用字母表示可寫成F1l1=F2l2。杠桿的平衡條件也稱杠桿原理【思考與討論】1．使杠桿在水平位置平衡的原因是什么？一是可直接從杠桿上讀出力臂的大小；二是消除杠桿自身重力對杠桿平衡的影響。2．為什么要多次實驗?避免偶然性，得出普遍規(guī)律。3．教材用杠桿一端掛鉤碼，另一端用彈簧測力計豎直向下拉的方法做實驗。請分析說明用這種方法做實驗的好處是什么？用彈簧測力計豎直向下拉杠桿時，由于測力計的力可以連續(xù)變化，容易得到所需要的力，不需要調(diào)整力臂，所以這種方法很容易使杠桿平衡。4．若采用杠桿兩端都掛鉤碼的方法，探究杠桿平衡條件是否可行？可行?！局袊湃藢Ω軛U的研究和應(yīng)用】在我國，人們很早就開始運用杠桿解決生產(chǎn)、生活中的問題。圖11-6所示是在我國湖南長沙出土的戰(zhàn)國時期的天平和砝碼。該天平配有多個砝碼，最小的砝碼質(zhì)量約為0.6g。這說明當(dāng)時的稱量已經(jīng)相當(dāng)精確?！赌?jīng)》中對秤的原理作了較為科學(xué)的描述?！赌?jīng)》將被稱物品叫作“重”，砝碼叫作“權(quán)”，支點到“重”的距離叫作“本”，支點到“權(quán)”的距離叫作“標(biāo)”，如圖11-7所示。知道杠桿的平衡條件討論關(guān)于杠桿平衡條件的實驗問題了解我國傳統(tǒng)科技文明成果學(xué)習(xí)新課三、杠桿原理的應(yīng)用【問題情境】我們身邊有很多杠桿。例如，蹺蹺板、羊角錘、船槳、各種剪刀，觀察這些杠桿，它們的動力臂和阻力臂有什么關(guān)系？1．省力杠桿特點：動力臂大于阻力臂，平衡時動力小于阻力。用較小的動力就可以克服較大的阻力。（l1>l2，F(xiàn)1<F2）常見的省力杠桿：瓶蓋起子、羊角錘、獨輪車、鉗子等。2．費力杠桿特點：動力臂小于阻力臂，平衡時動力大于阻力。動力作用點移動較小的距離就可以使阻力作用點移動較大的距離。（l1<l2，F(xiàn)1>F2）常見的費力杠桿：鑷子、縫紉機(jī)腳踏板、釣魚竿、筷子夾菜、皮劃艇的槳、掃帚等。3．等臂杠桿特點：動力臂等于阻力臂，平衡時動力等于阻力。這樣的杠桿既不省力也不費力。（L1=L2，F(xiàn)1=F2）常見的等臂杠桿：蹺蹺板、托盤天平?！旧钪械募舻丁考舻妒巧钪谐Ｒ姷墓ぞ?，它也是一種杠桿。注意觀察從事不同行業(yè)的人，所用的剪刀各有什么特點。裁縫用的剪刀刀刃比平常家用剪刀的刀刃長得多，完成一次剪裁動作可以裁剪較長的布料。理發(fā)師用的剪刀手柄比較短，他們剪發(fā)時手的動作幅度較小，可提高剪發(fā)的頻率。鈑金工師傅剪鐵皮用的剪刀，其動力臂比阻力臂長，只要用較小的力，就能把堅硬的金屬片剪開。園藝師使用的剪刀有很多種，如修整冬青樹的剪刀、剪花枝的剪刀等?！纠?】據(jù)報道，一位物理老師在動物園內(nèi)，用彈簧測力計稱出了一頭大象的質(zhì)量。在稱象過程中，他用到了吊車、鐵籠和一根很長的槽鋼等輔助工具，如圖11-13所示。槽鋼上的懸吊點O為支點，測得動力臂l1為9m，阻力臂l?為7cm（圖11-14）。槽鋼在水平位置平衡時，彈簧測力計的示數(shù)為200N。若不計槽鋼和鐵籠的質(zhì)量，試估算大象的質(zhì)量（g取10N/kg）。【分析】稱象過程運用了杠桿原理。若不計槽鋼和鐵籠的質(zhì)量，則圖11-14中的F2與大象所受的重力G大小相等?！窘獯稹坎垆撌且粋€杠桿，點O為支點，人通過彈簧測力計對杠桿A端的拉力F1=200N為動力，動力臂l1=9m；杠桿B端所受的拉力F2為阻力，阻力臂l2=7cm=0.07m。根據(jù)杠桿原理F1l1=F2l2可得拉力F2與大象的重力G大小相等，即F2=G=mg，所以大象的質(zhì)量了解三類杠桿的特點和常見例子學(xué)習(xí)運用杠桿原理進(jìn)行簡單計算思考如果要考慮槽鋼和鐵籠的質(zhì)量，那么在稱象前應(yīng)做什么準(zhǔn)備工作?學(xué)習(xí)新課四、杠桿的動態(tài)平衡分析（拓展）（1）如圖，力F始終與杠桿垂直，杠桿在力F的作用下繞O點勻速轉(zhuǎn)動到水平位置的過程中，力F的大小如何變化？分析：①F2=G與l1=OA保持不變，l2變大；②由杠桿平衡條件得：；③F變大；（2）如圖，力F的方向保持水平向右，杠桿在力F的作用下繞O點勻速轉(zhuǎn)動到水平位置的過程中，力F的大小如何變化？分析：①F2=G保持不變，l2變大，l1變??；②由杠桿平衡條件得：；③F變大；注意：此情況下杠桿不可能到達(dá)水平位置（當(dāng)杠桿無限接近水平位置時，l1無限接近于零，F(xiàn)無窮大）。（3）如圖，力F的方向保持豎直向上，杠桿在力F的作用下繞O點勻速轉(zhuǎn)動到水平位置的過程中，力F的大小如何變化？分析：①F2=G保持不變，l2與l1同時變大，且比值為0.5；②由杠桿平衡條件得：；③F=0.5G保持不變。（4）如圖，杠桿保持靜止，力F的方向由豎直向上變?yōu)樗较蛴业倪^程中，力F的大小如何變化？分析：①F2與l2保持不變，l1先變大后變??；②由杠桿平衡條件得：；③F先變小后變大（當(dāng)F與杠桿垂直時F最小）。拓展內(nèi)容，供學(xué)有余力的學(xué)生學(xué)習(xí)。分析討論杠桿動態(tài)平衡分析的幾種情形課堂練習(xí)1．如圖所示是生活中幾種常見的工具，其中可看作等臂杠桿的是（A）3．園藝師使用如圖所示的剪刀修剪樹枝時，為了更省力，應(yīng)盡量讓樹枝靠近（靠近/遠(yuǎn)離）刀軸O，手握在刀柄的末端（中間/末端）。使用此剪刀時費（省/費）距離。2．如圖所示，用扳手?jǐn)Q螺帽時，圖b（a/b）的握法更有利于擰緊螺帽，原因是動力臂更長（長/短）。4．如圖所示，人在用啞鈴鍛煉。將前臂從水平位置繞O點抬起啞鈴，前臂此時相當(dāng)于一個杠桿，其簡化圖如圖乙所示。若啞鈴重力為50N，L1=5cm，L2=20cm，則拉力F=200N。5．如圖所示，在調(diào)節(jié)平衡后的杠桿兩側(cè)，分別掛上相同規(guī)格的鉤碼，杠桿處于平衡狀態(tài)。若在A、B兩處再各加一個鉤碼，下列說法正確的是（A）A．杠桿右邊向下傾B．杠桿左邊向下傾C．杠桿仍平衡D．無法確定杠桿是否平衡6．如圖，B為杠桿OA的中點，在B點掛一個20N的重物，加在A點的動力使OA在水平位置保持靜止（杠桿重力及摩擦均不計），則（C）A．該杠桿一定是省力杠桿B．該杠桿一定是費力杠桿C．作用點在A點的最小動力等于10ND．物體的重力就是杠桿所受的阻力板書設(shè)計一、杠桿一、什么是杠桿1．杠桿的定義：將在力的作用下可繞一固定點轉(zhuǎn)動的硬棒稱為杠桿。2．杠桿的五要素：支點、動力、阻力、動力臂、阻力臂3．力臂的畫法：支點到力的作用線的距離二、杠桿的平衡條件1．杠桿平衡狀態(tài)：在動力和阻力作用下靜止2．杠桿平衡的條件：動力×動力臂=阻力×阻力臂（F1l1=F2l2）三、杠桿原理的應(yīng)用1．生活中常見的杠桿2．杠桿的分類（1）省力杠桿：動力臂大于阻力臂，平衡時動力小于阻力。（2）等臂杠桿：動力臂等于阻力臂，平衡時動力等于阻力。（3）費力杠桿：動力臂小于于阻力臂，平衡時動力大于阻力。課堂小結(jié)一、杠桿作業(yè)布置1．指出圖11-17中各個杠桿工作時的支點、動力、動力臂、阻力和阻力臂，并說明它們中哪些是省力杠桿，哪些是費力杠桿。【解析】（a）對羊角錘而言，錘頭和木板接觸的部分是支點，釘子對錘施加的力是阻力，方向沿著釘子向下，支點到釘子施加的力的作用線的距離是阻力臂，手對錘柄的力是動力，支點到手施加的力的作用線的距離是動力臂。因為它的動力臂比阻力臂長，所以是省力杠桿。（b）對鑷子而言，支點在頂端，手對鑷子向里的壓力是動力，頂端到手指施加的力的作用線的距離是動力臂，所夾物品對鑷子施加的力是阻力，方向向外，相應(yīng)的阻力臂是頂端到物品施加的力的作用線的距離，動力臂比阻力臂短，是費力杠桿。（c）對于夾子而言，夾子中間的交點處是支點，手對夾柄的壓力是動力，支點到手指施加的力的作用線的距離是動力臂，使夾頭向內(nèi)的力是