第十一章简单机械和功 第1节 杠杆 教学设计 2024-2025学年苏科版九年级物理上册

第一节 杠杆 第1课时 核心素养 通过实验探究，画出常见杠杆的力臂，培养学生的观察能力和作图能力． 教学设想 本节课从“拔图钉”的活动引入，使学生亲身体验到利用工具的必要性及其作用，接着列举一些生活中常见的工具，将学生的生活经验与物理知识相联系，让学生通过观察工具的使用过程，找出其共同之处，从而介绍简单机械中的杠杆以及杠杆的五要素，并会画出杠杆的示意图和力臂．（可事先从数学老师那里了解学生的几何作图基础，了解点到线的作图要求和规范，注重学科知识和方法的迁移和衔接） 教学目标 物理观念 （1）知道什么是杠杆，能从常见的工具中辨认出杠杆． （2）理解力臂的概念，会画杠杆的力臂． 科学思维 正确画出杠杆示意图． 科学探究 通过实际应用理解并体会杠杆的作用． 科学态度与责任 经历生活中的杠杆的辨认过程，培养学生热爱生活、热爱劳动的好品质 教学重难点及突破 重点 1．知道什么是杠杆以及杠杆示意图的画法． 2．有关杠杆的5个名词（即杠杆的五要素）． 3．会画杠杆的力臂． 难点 杠杆示意图中动力臂和阻力臂的画法 教学突破 通过学生活动“拔图钉”，把杠杆抽象成一根“硬棒”，感知杠杆的五要素，通过例题讲解和作图训练强化杠杆的力臂作图能力． 教学准备 教师准备 1．多媒体电脑、展台、自制PPT课件（搜集筷子、捕捉卫星用的机械臂、建筑工地上的塔吊、自行车、机器人等图片，用撬棒撬起大石块的动画、开瓶扳手开啤酒瓶的动画）． 2．木板一块、木块一块、图钉若干个、羊角锤一把、尖嘴老虎钳一把、螺丝刀一把、铁架台一个、杠杆一个、相同的钩码若干个、弹簧测力计一个、开瓶扳手一个． 3．各类生活和学习中常用的夹子　　刻度直尺一把、三角板两块． 学生准备 1．课前预习：什么是杠杆?阅读图11-3“用螺丝刀撬图钉”的插图，有关杠杆的5个名词是哪些? 2．刻度直尺一把、三角板两块、开瓶扳手一个、各类生活和学习中常用的夹子 教学过程 一、引入新课 幻灯片展示：筷子、捕捉卫星用的机械臂、建筑工地上的塔吊、自行车、机器人等图片。 讲述：从我们每天吃饭用的筷子，到航天飞机捕捉卫星用的机械臂，机械已深入人类生活的方方面面，使我们产生许多遐想，无论多么复杂的机械都是由简单的机械组成的。今天我门一起学习第一节——杠杆． 点评：导图引导，让学生感叹人类的文明，同时增强学生探究求知领域的决心和信心，引入新课． 二、活动1.1　　拔图钉——初步认识杠杆 提出问题； （1）展台展示木板上的图钉．引导思考：怎样可以将其拔出来? 学生回答并上台演示：可以用螺丝刀、羊角锤、尖嘴老虎钳等工具． （2）在这些方法中，哪一种方法最省力? 学生回答：螺丝刀最省力． （3）观祭开瓶扳手、衣服夹子使用时的特点。 （4）用上述方法时，有什么共同之处? 归纳得出杠杆的定义：在力的作用下可绕一固定点转动的硬棒称为杠杆。 课件展示图11-3用螺丝刀撬图钉的杠杆，介绍关于杠杆的5个名词 支点O：杠杆绕其转动的固定点动力 F₁：使杠杆转动的力． 阻力F₂：阻碍杠杆转动的力． 动力臂l₁：从支点到动力作用线的垂直距离． 阻力臂l₂：从支点到阻力作用线的垂直距离 讲解杠杆示意图的画法：把杠杆机械抽象成一根“硬棒”。教师板画作示范，学生模仿． 方法：先找支点O：再确定动力、阻力的作用点；根据力的作用效果判断动力、阻力方向的方法；最后画出力臂．指出什么是力的作用线．交待力臂的画法：用直角三角板一边沿力的作用线，另一边过原点O. 说明力臂的画法有两种：一种用带箭头的细线表示，另一种用虚线加大括号表示． 课堂练习： （1）画出如图11-1-1（₂）所呆的杠杆力F，和F₂的力臂 （2）画出如图11-1-1（b）所示的扳鱼网的杠杆示意图，并标出动力和阻力臂． 图11-1-1 （3）课件播放：撬棒撬起大石块的动画 学生观看后画出有关杠杆的五要素，并与动画展示的五要素对比后纠正 点评：精讲多练，突破教学重难点 三、交流与小结 学生总结： （1）学习了杠杆的定义：一根能绕固定点转动的硬棒；杠杆的5个名词（支点O：杠杆绕其转动的固定点．动力F₁使杠杆转动的力．阻力F₂：阻碍杠杆转动的力．动力臂L₁：从支点到动力作用线的垂直距离．阻力臂L,：从支点到阻力作用线的垂直距离）． （2）杠杆示意图的画法：把杠杆机械抽象成一根“硬棒”．方法：先找支点O；再确定动力、阻力的作用点；根据力的作用效果判断动力、阻力方向的方法；最后画出力臂．力臂的画法有两种：一种用带箭头的细线表示，另一种用虚线加大括号表示． 讲述：本节新授课是我们初三学习的第一课时，内容少，但较难理解和运用．希望大家课后π强复习和领悟． 四、布置作业 （1）如何认识杠杆? （2）如何正确画出力臂?有什么技巧? （3）园读诛本“信息库”中“国际空间站上的机械臂”（第29页） 板书设计 第一节　　杠杆（1） 1．一根能绕固定点转动的硬棒，叫杠杆。 杠杆的5个名词： 支点O：杠杆绕其转动的固定点。 动力F₁：使杠杆转动的力。 阻力F₂：阻碍杠杆转动的力。 动力臂L₁：从支点到动力作用线的垂直距离． 阻力臂L₂：从支点到阻力作用线的垂直距离． 2．杠杆示意图的画法：把杠杆机械抽象成一根“硬棒” 方法：先找支点O；再确定动力、阻力的作用点；根据力的作用效果判断动力、阻力方向的方法；最后画出力臂． 力臂的画法有两种：一种用带箭头的细线表示，另一种用虚线加大括号表示． 教学探讨与反思 在引导学生画力臂时，教师可适当复习一些数学基础：点到线的垂直距离，先让学生议一议、练一练，为突破教学难点作好铺垫． 补充资料 《墨经》中有关杠杆的知识 墨家是我国古代的一个学派，这个学派的成员多来自生产第一线，有丰富的技术知识和刻苦的钻研精神，研究科学技术的风气特别盛，有不少创造发明，对后世的科学发展起着积极作用。墨翟是战国初期鲁国人，是墨家创始人．《墨经》是墨家学者的集体创作． 《墨经》一书中有两条专门记载杠杆的原理．一条说：“衡木，加重焉而不挠，极胜重也；右校交绳，无加焉而挠，极不胜重也．”意思是说：在横杆的一端加上重物而不致发生偏转（“挠”），那一定是预先固定有石块的一端（即“极”）的转矩，足以胜任重物一端的转矩．此时如果把支点（“交绳”）移近“极”端，即不必另加重物也可以使杠杆偏转，这时是“极”的转矩不能胜任重物的转矩 另外一条是专门从杠杆原理讨论天平与杆秤的，条文是这样的：“衡木，加重于其一旁，必捶一重相若也．相衡；则本短标长，两加焉，重相若，则标必下一标得权也．”这段文字上半是说天平的．意思是：天平横梁的一臂加重物，另一臂必得加砝码（“必捶”），两者必须等重，才能平衡．下半部分是说杆秤的，意思是说：杆秤的提纽到重物的一臂（“本”）比较短，提纽到秤锤的臂（“标”）比较长，如果两边等重，秤锤一边必下落．为什么呢?因为秤锤对“标”一边的作用过大了。 这两条对杠杆的平衡条件说得很全面：有等臂的，有不等臂的：有改变两端重力使它转动的，也有改变两端长度使它转动的．这样的记载，在世界物理学史上都是非常有价值的。 第2课时 核心素养 通过实验探究杠杆的平衡条件，培养学生的科学探究能力和概括总结的能力。 教学设想 学生在上节课“拔图钉”活动的基础上学习了杠杆以及杠杆的五要素，本节课通过实验探究，让学生总结出杠杆的平衡条件，培养学生动手实验的能力以及总结归纳的能力．通过对杠杆平衡条件的进一步分析，发现利用杠杆可以省力但要费距离，若要省距离就要费力．将杠杆按照其作用分为三类（省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆），再让学生分别列举生活中的杠杆原理，并进行分类，加深学生对这三类杠杆的理解，最后让学生阅读“生活·物理·社会”，了解“人体中的杠杆”，让学生感到生活中处处有物理，并培养学生的自学能力． 教学目标 物理观念 （1）理解杠杆的平衡条件． （2）了解杠杆在生活中的实际应用竿． 科学思维 能找到事物的相同点，对杠杆进行分类． 科学探究 通过实验探究，总结出杠杆的平衡条件． 科学态度与责任 经历杠杆原理的探究和了解阿基米德的名言，学习科学伟人的探究精神，树立为人类服务的远大目标，保持坚定不移的信念． 教学重难点及突破 重点 1．自主探究杠杆的平衡条件 2．能从常见的工具中辨认出杠杆，并知道是哪类杠杆 难点 1．自主探究杠杆的平衡条件． 2．用杠杆的平衡条件对杠杆进行分类，了解杠杆的应用 教学突破 通过分组实验与讨论，总结出杠杆的平衡条件，让学生知道杠杆平衡是力和力臂共同的平衡。 通过引导归纳出杠杆的分类依据和分类方法（利用杠杆的平衡条件），以及各类杠杆在实际生活、生产中的应用，培养学生的解题能力． 教学准备 教师准备 1．多媒体电脑、展台、自制PPT课件（搜集各类杠杆的图片） 2．各类不同用途的剪刀图片、举哑铃和托铁球示意图图片、用来捣谷的舂、用来从井里汲水的桔槔、能够精确衡量的古代天平和秤的图片；准备杠杆平衡条件应用的例题 3．铁架台一个、杠杆一个、相同的钩码若干个、弹簧测力计一个、生活中各类不同用途刀、刻度直尺一把． 学生准备 1．课前复习与预习：杠杆的定义；动力、动力臂和阻力、阻力臂的概念；力臂的画法和技巧；什么是杠杆的平衡条件?杠杆可分为哪几类?它们各有什么特点? 2．刻度直尺一把、铁架台一个、杠杆一个、相同的钩码若干个、弹簧测力计一个． 教学过程 一、复习引入 （1）复习提问：杠杆的定义：动力、动力臂和阻力、阻力臂的概念；力臂的画法和技巧． （2）纠正作业中存在的问题 引人：“只要给我一个支点，我就可以移动地球．”这是古希腊学者阿基米德的豪言壮语．他虽然不能真的移动地球，但是他的话却鲜活地告诉我们利用杠杆能产生巨大的力．那么，如何才能产生巨大的动力呢?它依据的原理是什么呢?本节课我们一起来探究． 点评：复习引入，并提醒学生所学知识中的注意事项． 二、杠杆的平衡条件 介绍：探究杠杆平衡条件实验中所用的杠杆． 讲解： （1）什么是杠杆的平衡状态? 学牛回答静止或匀速转动 （2）调节杠杆水平平衡的方法哪边高就向哪边调． （3）为什么要在水平位置平衡?引导学生回答：①便于直接读出力臂的大小．②使杠杆的自落在支点． （4）如何设计记录数据的表格? 测量次数 F1N L1/cm F2/N L2/cm ① ② ③ （5）分3种情况探究杠杆的平衡情况，并将结果记入表中． ①钩码和弹簧测力计的位置保持不变，改变钩码的数量，观察弹簧测力计的指示数如何变化． ②钩码的数量和位置保持不变，改变弹簧测力计的位置，观察弹簧测力计的指示数如何变化． ③钩码数量和弹簧测力计的位置保持不变，改变钩码的位置，观察弹簧测力计的指示数如何变化． 学生进行分组实验，并收集数据 分组讨论，进行交流，得出结论 归纳，让学生分析表格中的数据，得出结论:动力×动力臂=阻力×阻力臂． 补充实验：让动力和阻力位居同侧，用弹簧测力计竖直向上拉动杠杆和斜向上拉动杠杆，比较拉力的大小是否相同，想一想为什么 斜拉时杠杆的力臂变小，所以力要变大． 幻灯片展示：古希腊学者阿基米德首先总结出了杠杆的平衡条件：F₁l₁=F₂12,，并发出了“给我一个支点，我就可以移动地球”的豪言壮语．我国古人对杠杆进行了深入的研究，发明了许多相关的器具，并将杠杆广泛应用于生产生活中，对人类的发展作出了重大的贡献．如：大约三千年前，中国就有用来捣谷的舂、用来从井里汲水的桔槔，还有能够精确衡量的天平和秤． 点评：通过经历探究实验，培养学生动手实验的能力，以及在实验中团结协作的精神；进一步培养学生的观察能力，发现问题、解决问题、总结归纳的能力；结合展示古代杠杆的发明和创造进行爱国主义教育 三杠杆的应用和分类 过渡：根据杠杆的平衡条件可知，在什么情况下使用杠杆能够产生巨大的力? 学生思考回答，教师进一步引导学生对杠杆进行分类总结： （1）省力杠杆：动力臂大于阻力臂，平衡时，动力小于阻力． （2）费力杠杆：动力臂小于阻力臂，平衡时，动力大于阻力 （3）等臂杠杆：动力臂等于阻力臂，平衡时，动力等于阻力． 请对上述不同类型的杠杆分别举例． 应用举例，课件展示，学生回答：省力的有手推车、船桨等；费力的有筷子、理发剪刀等；等臂的有天平 练习；对课本第5页图11-6中的常见器具进行杠杆分类，并说出分类原则 归纳出三种类型杠杆的特点： 省力杠杆：省力但费距离；费力杠杆：费力但省距离；等臂杠杆：既不省力也不费力，，既不省距离也不费距离 阅读第5页“生活·物理·社会”：生活中的剪刀． 教师用幻灯片补充：生活中的一些杠杆和人体的杠杆． 提问：它们是省力的还是费力的?为什么? 点评：通过讨论分析，学生列举生活中常见的各种杠杆和教师的补充，使学生将物理知识与生活实际相联系，加深学生对杠杆分类的理解． 四、交流与小结． 本节新授课重点讲了杠杆的平衡条件和三种类型的杠杆 五、布置作业 （1）阅读课本今天学习的内容，进行复习，并完成课本第8页练习第1题 （2）阅读课本第28页“信息库”中“中国古人对杠杆的应用和研究”，感受中国古人的聪明才智． 板书设计 第一节　　杠杆（2） 1．杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，表达式：F₁l₁=F₂l₂ 2．杠杆的分类： （1）省力杠杆：动力臂大于阻力臂，平衡时，动力小于阻力，特点：省力但费距离． （2）费力杠杆：动力臂小于阻力臂，平衡时，动力大于阻力，特点：货力但省距离 （3）等臂杠杆：动力臂等于阻力臂，平衡时，动力等于阻力，特点：既不省力也不赀力；既不省距离也不费距 教学探讨与反思 学生学习过程中会出现一些错误的生活经验和常识，如课本第2页图11-2（b），在找钓鱼竿中的支点时，由于学生没有亲身经验，特别是女生，她们认为图中小明的前手是支点，后手用力向下压，就把鱼钓上来了．教师注意对学生的错误经验和认识进行纠正和引导。 补充资料 阿基米德是吹牛的吗 古希腊的科学家阿基米德说过这样的句话：“给我一个支点，我就能移动地球”他认为：“一定大小的力可以移动任何重量．” 地球重60 000亿亿吨，一个人的力量有多大呢，能够移动这么重的地球吗?你可能认为阿基米德在吹牛．其实，他的话有一定的道理，因为力通过机械，可以“放大”；原始人为了保护自己的洞穴，常常用大石头堵住洞口．他们是怎样搬动大石头的呢?几千公斤的大石头不是轻易能搬动的，一定是工具帮了他们的忙．可能是这样，几个原始人拿一根结实的树干想撬石头．他们把树干的一端放在大石头下面，在靠近这一头的树干下垫了一块小石头．当他们压下树干另一端的时候，没花多大的力气，就把大石头给撬起来了。 第一个这样做的原始人，决不会意识到自己竟是大发明家．他发明了我们称为“杠杆”的机械．这种机械可以节省力气． 因此，只要有足够长的动力臂，任何小的动力可以举起任何重的物体．大概由于这个规律太重要，当时人们把它称为“黄金法则” 阿基米德夸口说，他能用杠杆移动地球．理论上，这是正确的；实际上，这是办不到的．因为：第一，需要一根长得难以想象的杠杆，它的动力臂应该是阻力臂的一千万万万万万倍．这样长的杠杆是无法找到的．第二，宇宙间的天体都在不停地运动着，找不到一个相对不动的支点．第三，即使上面两个条件能够办到；把地球举起1厘米，人必须在杠杆的动力臂一端，按下十万万万万公里长的一条弧．按照一秒钟按下一米的速度计算，需要三十万万万年的时间，谁的寿命右这么长？ 你说阿基米德吹牛了吗? 第3课时 核心素养 通过探究活动，利用杠杆的平衡条件解决简单的实际问题，培养学生分析解题的能力． 教学设想 本节课在杠杆的平衡条件的学习基础上，依据杠杆的平衡条件进行实际应用，解决生活中的一些应用问题．主要有两个重点：求最小力的问题和简单的计算，让学生感到生活中处处有物理，并培养学生的自学能力 教学目标 物理观念 进一步理解杠杆的平衡条件、力臂的概念． 科学思维 会用杠杆的平衡条件来进行简单的计算． 科学探究 通过画杠杆最小力，归纳解决方法，进一步培养学生作图能力． 科学态度与责任 通过了解杠杆在生活中的实际应用，从而提高学习物理的兴趣． 教学重难点及突破 重点 1．会找出杠杆的最长力臂，画出杠杆的最小动力． 2．会用杠杆的平衡条件来进行简单的计算 难点 求杠杆的最小力的方法；会用杠杆的平衡条件来进行简单的计算 教学突破 通过教师精选例题，引导和指导学生分析、归纳、解决问题． 教学准备 教师准备 1．多媒体电脑、展台、自制PPT课件 2．准备杠杆平衡条件应用的例题；撬棒撬起大石块的动画、开瓶扳手开啤酒瓶的动画． 3．铁架台一个、杠杆一个、相同的钩码若干个、弹簧测力计一个、刻度直尺一把 学生准备 1．课前预习：阅读课本中的计算例题，初步学会分析、解决问题． 2．刻度直尺一把． 教学过程 一、复习引入 （1）复习提问：什么是杠杆的平衡条件?依据杠杆的平衡条件，可将杠杆分为哪几类?各类杠杆分别有哪些特点? （2）纠正作业中存在的问题，强调： ①阻力、动力的作用点一定要画在杠杆上． ②由重力产生的阻力，要注意阻力的作用点一定在杠杆上，而不是画在物体的重心上， 引入：学习使用简单机械是为我们服务的．在上节课的学习基础上，要使作用在杠杆上的力最省，应该怎么办?今天我们就应用杠杆的平衡条件来解决相关的问题． 点评：复习巩固，引入新课 二、画最省力的杠杆 动画播放：开瓶扳手开啤酒瓶． 回顾：让学生找出开瓶扳手的支点，并画出阻力F₂，交待支点和阻力作用点及阻力方向的确定方法． 学生指出用开瓶扳手打开瓶盖时的支点、动力、阻力，并画出动力和阻力的方向 注意支点的抽象确定方法． 想一想：若使开啤酒瓶用的力最小，应怎么办? 教师引导学生进行分析与归纳． 动画播放：用撬棒撬起大石块． 想一想：若使撬起大石块、开啤酒瓶用的力最小，应怎么办? 归纳：求最小力的方法：支点与力的作用点的连线作力臂时，力臂最大，此时力最小 教师演示：组装研究杠杆的平衡条件，用弹簧测力计竖直向左拉动杠杆、斜向右拉动杠杆和竖直拉杠杆，比较拉力的大小是否相同，什么时候用力最小?想一想，为什么? 学生观察实验后，思考其中的原因，通过实验进一步巩固上述求最小力的方法． 幻灯片展示例题1：如图11-1-2（a）所示的弯曲杠杆A端吊一重物G，要想在B端加一最小的力F，使AO(O为支点）保持水平平衡，试画出此力的方向和力臂 图11-1-2 引导学生分析：先利用杠杆的平衡条件，说明当阻力和阻力臂一定时，要使动力最小，一定是动力臂最大． 强调：支点与力的作用点的连线作力臂时，力臂最大 幻灯片展示例题2：如图11-1-2（b）所示，画出使杠杆AB在图示位置静止时所用最小力F的作用点和方向． 利用杠杆平衡条件的变换公式，再次强调欲使力最小，必须力臂最大． 点评：注重解题方法的指导和归纳（既通过实验研究，又通过理论分析），通过分析与指导，让学生摸索和初步总结出画最小力的方法．通过例题2，让学生不要认为动力和阻力一定不会作用在一点上。 三、有关杠杆的计算 幻灯片展示：例题3（教材第6页）——估算大象的质量 解：根据杠杆的平衡条件可知 铁笼对杠杆的拉力F，与大象所受重力大小相等（铁笼重不计）：F₂=mg，大象的质量 幻灯片展示：例题4 例题4：如图11-1-3所示，轻质杠杆OA中点悬挂一重G=60N的物体，在A端施加一竖直向上的力F，杠杆在水平位置平衡，则F=_______N；保持F的方向不变，将杠杆从A位置匀速提到B位置的过程中，力F将_（选填“变大”、“不变”或“变小”）． 答案：30；不变． 点评：通过计算举例，培养学生分析问题、解决问题的能力，并养成良好的解题规范。 四、交流与小结 师生共同总结本课时的内容。 板书设计 第一节　　杠杆（3） 1．杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂． 2．求最小力的方法：支点与力的作用点的连线作力臂时，力臂最大，此时力最小 教学探讨与反思 在方法的指导上，教师要有充分的准备和循循善诱的耐心，给足学生充分思考的时间和空间．基础差点的学校或班级，可将本节课分为2课时进行．教学中应注重培养学生分析问题、解决问题的能力，提高学生从题目提供的情境中收集、处理信息的能力 补充资料 你身上的杠杆 在人体生理卫生课上已学过，人身上有206块骨头，其中有许多起着杠杆的作用，当然这些起杠杆作用的骨头不可能自动绕着支点转动，必须受到动力的作用，这些动力来自于附着在它上面的肌肉 肌肉靠坚韧的肌腱附着在骨上．例如肱二头肌上端肌腱附着在肩胛骨上，下端肌腱附着在桡骨上，肱三头肌上端有肌腱分别附着在肩胛骨和肱骨上．下端附着在尺骨上． 人前臂的动作最容易看清是个杠杆了，它的支点在肘关节．当肱二头肌收缩、肱三头肌松弛时，前臂向上转，引起曲肘动作；而当肱三头肌收缩、肱二头肌松弛时，前臂向下转，引起伸动作．我们很容易感觉得出，前臂是个费力杠杆，但是肱二头肌只要缩短一点就可以使手移动相当大的距离．可见，费了力，但省了距离。 - 1 - - 11 - 学科网（北京）股份有限公司 $$