12.1杠杆 教学设计 ----2024-2025学年人教版物理八年级下学期

初中物理《杠杆》实验教学 一、教学内容分析 【教材内容分析】 《杠杆》是初中物理人教版八年级下册第十二章第一节的内容。本章是初中物理力学部分的最后一章，这一章的内容涉及前面所学的力与功的知识，需要学生分别从力的角度、功的角度认识简单机械，具有一定的综合性。本章所有内容都围绕着简单机械展开讨论，《杠杆》是学生学习简单机械的开篇，是学生首次较为完整地接触、研究机械，需要学生综合应用前面所学的知识，其中涉及的“省力费距离，省距离费力”等思想，也为下一节研究滑轮等机械作了铺垫，所以，本节具有重要的承上启下作用，是本章的重点内容之一。 杠杆在日常生活中应用广泛，是一个简单又常见的重要机械，撬棍、老虎钳等是省力杠杆，而筷子、船桨等是费力杠杆，这些都是学生经常见到的生活物品。在教学中，可以从日常生活中的杠杆类工具引入，体会、认识什么是杠杆，抓住杠杆的本质特征，培养学生分析现象、主动获取知识的能力。本节课的重点是探究杠杆的平衡条件，因此计划在教学中展开探究性实验，并在设计实验、进行实验、数据处理过程中给予学生创设参与的机会，让学生加深体验，培养学生的探究能力和思维能力。 二、学情分析 知识层面：学生已经学习了力的一些基本概念和规律，以及这些力学知识在生产、生活中的应用。杠杆在生活中非常常见，学生对杠杆有感性的认识，在本节课上具备一定的知识准备。但学生对杠杆的认识往往停留在表面，具有一些片面、错误的前概念，如认为阻力的方向总与动力的方向相反等。 能力层面：经历了半年物理学习的学生已初步形成了形象思维，对于学习新的模型有了一定的能力基础，但其综合概括能力仍然较差，难以从日常工具中抽象出杠杆模型，更难画出一些经过变形的杠杆的示意图。 三、教学目标 【物理观念与知识】 1. 知道什么是杠杆，能从常见的工具中辨认出杠杆，知道费力杠杆、省力杠杆及其应用； 2. 树立构建物理模型的观念，知道有关杠杆的名词术语，能在杠杆上找出支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂，能画出杠杆的力臂； 3. 知道杠杆的平衡条件，能用杠杆平衡条件解决生活中的一些简单问题。 【科学思维与探究】 1. 经历绘制杠杆示意图的过程，体会物理模型的建构过程与科学抽象的方法； 2. 通过实验探究，自主对获得的实验数据进行处理，猜想、归纳出杠杆的平衡条件，进而得出杠杆的平衡条件。 【科学态度与责任】 1. 通过探究杠杆平衡条件的过程，培养学生实事求是的科学态度； 2. 通过了解杠杆在实际生活中的应用，体会物理对社会进步作出的贡献，增强学生将物理知识应用于日常生活和社会中的意识，培养学生对物理的学习兴趣。 四、教学重难点 【教学重点】 认识杠杆，通过实验探究得出杠杆的平衡条件。 【教学难点】 力臂的概念，运用杠杆的平衡条件解释生活中的杠杆。 五、教法学法 教法：实验法、讨论法、讲授法、探究式教学法。 学法：实验探究法、合作学习法。 六、教学用具 PowerPoint、羊角锤、钉子、镊子、弹球、直尺、橡皮、小石块、剪刀、A4纸、探究杠杆的平衡条件实验仪器（包括带刻度的杠杆、钩码等）。 七、教学过程 课时安排：两课时。第一课时主要让学生在体验杠杆的活动过程中构建出杠杆的概念，了解、认识生活中的杠杆，并学习杠杆的五要素。第二课时学生先体验杠杆的平衡、认识力臂对杠杆平衡的影响，经过这些预实验后，再进行实验探究，得出杠杆的平衡条件；通过杠杆的平衡条件将生活中的杠杆分为省力杠杆、费力杠杆等。教学思路如下图所示（红色实线框线为主线教学思路，黑色虚线框线为主线教学环节下的若干教学活动）。 教学环节 教学活动 设计意图 一、创设情境，引入新课 活动：请班上的一名大力士上台徒手拔钉子，未能拔出。再请这名同学的同桌用羊角锤拔钉子，钉子被拔出。 教师：为什么大力士都没能拔出钉子，他的同桌就拔出来了呢？为什么借助了羊角锤这一工具就能拔出来呢？这其中蕴含着什么奥秘吗？羊角锤是一种机械，在生活、生产中，人们经常借助一些机械来完成许多工作，今天我们来学习最简单的机械——杠杆。 创设情境，激发学生思考，引起学生的学习兴趣，为后续杠杆的教学作铺垫。 二、杠杆的定义及五要素 1. 杠杆的定义 活动：请同学们利用桌上的机械完成以下工作，并观察用这些工具工作时有什么共同点。 ①用镊子夹起弹球； ②用直尺和橡皮翘起小石块； ③用剪刀剪纸。 师生分析讨论后得出共同点：工具都是硬质地的，在力的作用下能绕着某一点转动。 教师引入课题：像实验所用的镊子、直尺、剪刀一样，如果一根硬棒在力的作用下如果能绕着一固定点转动，这根硬棒就叫杠杆。杠杆是生活中常见的最简单的机械，本节课我们就来研究杠杆（板书标题）。 引导学生说出杠杆的定义：能在力的作用下绕一固定点转动的硬棒（板书杠杆的定义）。 组织学生列举生活中的杠杆，并投影展示图片，教师引导学生分析，找出每个杠杆中的硬棒、固定点。 投影展示古人使用的杠杆： 汲水的秸秆 投石机 古埃及人建造金字塔时用的杠杆 教师：可见，杠杆在我们的生活中无处不在，它为人类的生活提供了便利，也为社会进步作出了巨大贡献。大家认为，杠杆一定要是直的吗？ 学生讨论后得出结论：不一定，可弯可直，只要是硬质的即可。 2. 杠杆的五要素 投影展示撬棒撬石头的图片： 结合图片与课本，教师讲解并板书杠杆的五要素：支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂，示范画出杠杆的示意图及五要素。明确指出： ①支点一定是固定点（或瞬间固定）且在杠杆上； ②动力、阻力可以在支点的两侧，也可以在支点的同一侧； ③动力和阻力使杠杆向相反的方向转动； ④力臂的概念。 教师讲解什么是力的作用线（过力的作用点、沿力的方向的一条直线），明确告诉学生，力臂是支点到力的作用线的（垂直）距离，而不是支点到力的作用点的距离。 应用练习：尝试画出以下杠杆的力臂。 引导学生总结出画力臂的方法： 辨认杠杆→找出支点→作力的作用线→过支点作力的作用线的垂线→标出支点到垂足的距离，即为力臂。 带领学生画出图示杠杆的示意图，找出杠杆的五要素： 引导学生从杠杆的示意图中发现规律，并提问： ①动力、阻力的方向一定相反吗？（不一定） ②力臂一定在杠杆上吗？（不一定） ③若一力作用在杠杆上，作用点不变，但作用方向改变，力臂是否改变？（改变） 让学生亲身体会杠杆，并在体验中尝试总结出杠杆的特点。 让学生认识到物理就在身边。 体会杠杆为人类社会进步作出的巨大贡献。 深化学生对杠杆的认识。 力臂的概念较为抽象，是本堂课教学的难点，需深入告诉学生什么是力臂，并通过练习加以巩固。 通过具体实例，感受杠杆的共同特征（即五要素），培养学生在具体实例中抽象出物理模型的能力。 深化学生对动力、阻力、动力臂、阻力臂的认识。 三、探究杠杆的平衡条件 教师：生活中使用杠杆一般都是在杠杆平衡的状态下使用的，那么杠杆平衡时需要满足什么样的条件呢？ 教师讲解什么是杠杆平衡：杠杆处于静止或匀速转动状态即为杠杆的平衡状态。 1. 体验杠杆平衡 教师：前面学习过，如果作用在物体上的几个力相互平衡，物体就处于平衡状态，但是当杠杆在动力和阻力作用下静止时，与二力平衡的情况是不同的，那么，影响杠杆平衡的因素还有哪些呢？ 学生自主实验：利用橡皮、直尺、小石块构建一个直尺的平衡状态，改变小石块放置的位置和数量，再次调节使直尺处于静止状态。 学生通过实验发现：直尺是否处于平衡状态，不仅与放置物品的轻重有关，还和物品的位置有关。 2. 认识力臂的影响 教师引导学生通过生活体验提出猜想：推门时，推力作用的位置不同，作用的效果也不一样，越靠近门轴越费力。猜想：推动杠杆需要的动力可能与动力臂的长短有关，动力臂越长，需要的动力可能就越小。动力臂越短，需要的动力可能就越大。 学生自主实验：如图所示，利用钩码和一只弹簧测力计，先将弹簧测力计垂直于杠杆放置，待杠杆水平静止时，记录弹簧测力计的示数。再逐渐改变测力计与杠杆的角度，记录下杠杆水平静止时弹簧测力计的示数。 学生通过对比实验数据发现：影响杠杆水平静止状态的不止是力的大小，还有力臂的长短。力臂短，力大；力臂长，力小。 3.探究杠杆的平衡条件 教师：从前面的实验看来，杠杆是否平衡与动力、阻力、动力臂和阻力臂都有关，那么杠杆平衡究竟需要满足什么样的条件呢？或者说动力、阻力、动力臂、阻力臂之间存在着怎样的关系呢？ 学生分组实验：利用下图装置探究杠杆的平衡条件。 实验仪器：杠杆的平衡条件实验装置、钩码。 教师引导学生完成以下步骤： ①调节杠杆两端的螺母，使杠杆在不挂钩码时保持水平静止或上下来回小幅度摆动，即可认为其达到平衡状态； ②在杠杆两端分别挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆再次在水平位置平衡； ③测出杠杆平衡时的动力F1、阻力F2、动力臂l1、阻力臂l2，并把F1、F2、l1、l2的数值填入下表； ④改变力和力臂的大小，再做几次实验。 次数 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm 1 2 3 … 学生自主分析实验结果得出结论：力臂越长，需要的力越小；力臂越短，需要的力越大。二者之间很可能是反比关系。计算发现F1 l1几乎等于F2 l2。 师生共同总结得出杠杆的平衡条件（并板书）： 动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即F1 l1= F2 l2 教师补充说明杠杆的平衡条件： ①杠杆的平衡条件是力与力臂的乘积相等，不是力相等，也不是力臂相等； ②杠杆的平衡条件可以写成乘积形式，也可以写成比例形式； ③从比例形式可以看出，力与力臂成反比。如果杠杆的动力和阻力或动力臂和阻力臂呈同样倍数变化时，杠杆仍然平衡。 ④杠杆的平衡条件又称杠杆原理。 教师：杠杆有无重力？该实验中为何没考虑杠杆的重力？若此实验杠杆的支点不在中心，是否需要考虑杠杆的重力？ 师生讨论得出结论：杠杆有重力。该实验中，杠杆自身的重力过支点，其力臂为零，对杠杆的平衡无影响，故不用考虑杠杆的重力。 应用练习：新“曹冲称象”。根据杠杆原理可以巧妙地设计出称量大象的体重的方法，请根据图中数据算出大象的体重。 教师：阿基米德曾经有这样的豪言壮语：给我一个立足点，我就能撬起地球。你认为他的说法有道理吗？为什么？（有道理。利用杠杆平衡条件，只要找到合适的支点，让阻力臂足够短，动力臂足够长，即可用较小的力撬动地球。） 引入杠杆的平衡条件教学。 通过实验，营造研究氛围，让学生对杠杆平衡产生感性的认识。 通过实验，让学生对力臂对杠杆平衡的影响产生感性的认识。为后续的分组探究实验作铺垫。 通过实验探究，增加学生对杠杆平衡条件的理解，提高学生的探究能力。 深化学生对杠杆的平衡条件的认识。 讨论该探究实验的合理性。 学习应用杠杆原理。 通过阿基米德的名言，让学生对杠杆产生更深刻的认识。 四、生活中的杠杆 根据杠杆原理，教师引导学生分析得出三种类型的杠杆（并板书）： 省力杠杆： l1 > l2 F1 < F2 费力杠杆： l1 < l2 F1 > F2 等臂杠杆： l1 = l2 F1 = F2 请学生列举生活中常见的省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆。 在学生举例的基础上，投影展示省力杠杆图片，并逐一画出杠杆的力臂： 讲解过程中教师借助羊角锤的图片解释引入新课时提出的问题。 在学生举例的基础上，投影展示费力杠杆图片，并逐一画出杠杆的力臂： 教师提问：使用费力杠杆是为了费力吗？（不是，是为了省距离，方便操作） 展示等臂杠杆图片： 教师指出：由于力和力臂是呈反比关系的，所以省力杠杆“费距离”，费力杠杆“省距离”，等臂杠杆既不省力也不省距离。不可能有杠杆“省力”的同时又“省距离”。 课堂练习：下列工具在正常使用的过程中，属于费力杠杆的有（ BCE ） A．跷跷板 B．食品夹 C．剪发的剪刀 D. 铁锹 E. 镊子 通过分析力和力臂的反比关系，将杠杆分类。总结三种类型杠杆各自的特点及优缺点。 让学生感受杠杆在生产、生活中的广泛应用，及其为人类带来的巨大便利。 五、课堂小结 杠杆的定义与杠杆的五要素 杠杆的平衡条件，生活中的杠杆（省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆） 布置课后作业。 梳理本堂课的学习重点。 八、板书设计 第一课时： 第二课时： 学科网（北京）股份有限公司 $$