第十一章　简单机械 第一节　探究杠杆的平衡条件导学案 2024-2025学年沪科版物理八年级下学期

第2课时 杠杆的运用 学习目标 1.能分析生产生活中不同类别的杠杆；能根据杠杆的平衡条件解决简单的问题。 2.在杠杆知识应用中，不仅可以分析杠杆的结构、使用特点，将杠杆定性分类，还可以利用杠杆的平衡条件进行逻辑推理，定量分析力或力臂的大小或变化。 3.分析实例和观察实验演示，能从其结构特点和使用特点方面给予正确分析并分类。 4.培养探索杠杆在日常生活中应用的兴趣；能欣赏我国古代对杠杆的应用，激发对祖国古代文明的自豪感，进而唤起学生对祖国的热爱。 重点难点 重点：判断杠杆类别；根据杠杆平衡条件解决简单问题 难点：杠杆动态平衡分析 导学过程 自主学习1 杠杆的分类 1.省力杠杆 （1）在课本P260图11—8（a）上分析五要素。 通过分析我们发现，l1 > l2。 （2）结合杠杆的平衡条件，分析一下羊角锤为什么能省力呢？ 答： 杠杆的平衡调件是F1l1=F2l2，若l1>l2，为了保持平衡，必然F1<F2，所以用较小的动力F1克服了较重的阻力F2 。 2.费力杠杆 （1）在课本P260图11—8（c）上分析钓鱼竿使用时的五要素。 （2）我们发现l1 < l2呢，上台感受，确实费力。这样的杠杆叫 费力 杠杆，可以 省距离 。 3.等臂杠杆 （1）在课本P260图11—8（b）上分析跷跷板在使用时的五要素情况。 （2）我们发现，l1 = l2，根据杠杆的平衡条件，则必然F1 = F2， 知道一个力，可以求另一个力，如天平。 合作探究1 1.三类杠杆总结： 杠杆种类 结构特征 使用特点 应用举例 省力杠杆 l1>l2 省力 羊角锤、起子、铡刀 费力杠杆 l1<l2 省距离 筷子、钓鱼竿 等臂杠杆 l1=l2 力相等 天平、跷跷板 2.对点训练： 如图所示各种工具都可以看成是杠杆，其中属于费力杠杆的是（　D　） A．钳子 B． 自行车手闸 C．剪铁片剪刀 D．赛艇的桨 自主学习2 拓展探究：最小力的确定 1.分析：由杠杆的平衡条件 F1l1=F2l2 可知，在阻力、阻力臂一定时，当动力臂 最大 时，动力最小，即最省力，所以作图思路是先找出最长的 力臂 ，再确定力。 2.力臂什么情况下最长呢？如图，O为支点，A为动力作用点，找同学上台确定对应三个力的力臂： 总结：我们发现， 一般情况下，力的作用线、力臂跟支点和力的作用点的连线组成直角三角形，而支点和力的作用点的连线为斜边，大于其它任意一条直角边，故此连线为力臂时大于其他情况时的力臂，故此力臂对应作用力最小 。 合作探究2 1．作杠杆最小动力的步骤 据以上分析，总结步骤如下： (1)动力的作用点要选在杠杆上距支点最 远 处； (2)连接 动力作用点和支点 作为最小力的力臂； (3)以作用点为垂足，作出动力作用点与支点连线的垂线； (4)根据动力和阻力使杠杆转动的方向 相反 ，确定动力的方向，据此作出最小的力。 2.对点训练： 如图所示，不考虑杠杆重力，杠杆在D点受力后在如图所示位置处于静止状态。请画出杠杆受到的阻力F2，并在D点作出使杠杆平衡的最小动力F1。 答案： 自主学习3 用杠杆平衡条件解决简单问题 1. 阅读P260“例题”； （1）阅读完后尝试独立再现解题过程； （2）解决例题后讨论问题：如果要使后面同学少用力，水桶应向前移还是向后移？ 回答： 增大力臂可减小作用力。要使后面同学少用力，就向前移水桶，增大该力的力臂 。 （3）总结解决此类问题的策略： 我的总结： 。 2.对点训练： 如图甲所示是一种燕尾夹，它由硬钢丝和金属弹片组成，将燕尾夹打开时，上方的一根硬钢丝可以看作如图乙所示的杠杆ABC，已知。当金属弹片作用在A端的弹力F为5N且方向与杠杆ABC垂直时，手指在C端施加的最小的力为 2.5 N。 自我评价 1．下列属于省力杠杆的是（　B　） A．镊子夹取物体 B．核桃夹夹核桃 C．托盘天平称质量 D．筷子夹菜 2．小军用起子开汽水瓶，下列四种方法中，最省力的是（ B ） A． B． C． D． 3．小辉和小刚在玩跷跷板时，跷跷板向小辉方向倾斜，下列说法正确的是（ D ） A．小辉一定比小刚重 B．小刚到支点的距离一定比小辉到支点的距离近 C．小辉背上书包后，跷跷板可能会平衡 D．若要跷跷板平衡，可以让小刚离支点远一些 4．如图所示，一根轻木条左端放一支较短的蜡烛，右端放一支较长的蜡烛，木条能在水平位置平衡。同时点燃蜡烛，点燃后蜡烛的燃烧速度相同。那么，木条（　C　） A．始终保持水平 B．左端会下沉 C．右端会下沉 D．无法判断 5．如图所示为前臂平伸用手掌托住铅球时的情形。我们可将图甲简化成如图乙所示的杠杆。不计杠杆自重。若铅球质量m=3kg，OA=0.03m，OB=0.30m，则阻力F2为 30 N，此时肱二头肌对前臂产生的拉力F1为 300 N。 6．如图所示，轻质杠杆OA可绕O点转动，杠杆长0.4米，在它的中点B处挂一重20牛的物体G。若在杠杆上A端施加最小的力F，使杠杆在水平位置平衡，则力F的方向应 竖直向上 ，大小为 10 N。当力F的作用点向左移动，方向不变时，F的大小 变大 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 7．如图所示，同一开瓶器用两种不同的方式都可以将瓶盖打开。请你任选一种方式，在图上画出作用在点A的最小动力F。 答案： 8．如图所示，轻质杠杆OA 可绕 O 点转动，OA 为 0.6 米，OB 为 0.2 米；在B 处挂一重120 牛的物体 G。若在杠杆上 A 端施加最小的力 F，使杠杆在水平位置平衡，求：F 的大小及方向。    解：为使拉力最小，动力臂要最长，拉力F的方向应该垂直杠杆向上，即竖直向上，因为杠杆在水平位置平衡，则由可得： ；解得：。 答：F 的大小为40N，方向竖直向上。 我的收获 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第一节　探究：杠杆的平衡条件 第1课时 杠杆及其平衡条件 学习目标 1.建立杠杆的概念及会确认杠杆的五要素；知道杠杆的平衡条件。 2.能通过观察生活和生产劳动中的实例提取出杠杆的共同特征，建立起杠杆的概念；知道杠杆及其力臂都是建立的一种模型。 3.经历探究杠杆的平衡条件实验，能对探究结果进行猜想，能根据实验数据验证猜想，知道猜想与结论之间既有联系又有区别，两者相互促进，不断发展。 4.在探究过程中注意加挂勾码个数和小心操作防止摔落造成物品损坏，养成细心实验、保护仪器安全的习惯。 重点难点 重点：杠杆平衡条件及其探究过程 难点：杠杆五要素的确认 导学过程 自主学习1 认识杠杆 1.杠杆 （1）观看课本P255图11—1，描述并上台用两个直棒演示图中及下面不同的物体工作时的转动状态。 铡刀 跷跷板 羊角锤 撬棒 （2）仔细观察以上物体以及同学们进行的演示，这些物品的特征 答： 这些物品都围绕着一个点在转动 。在力的作用下绕一个固定点转动的硬棒称为 杠杆 。 2.杠杆的五要素 阅读课本P255“认识杠杆”部分，回答下列问题。 ①支点(O)：杠杆 绕着转动 的固定点； ②动力(F1)：使杠杆转动的力； ③阻力(F2)： 阻碍 杠杆转动的力； ④动力臂(l1)：从 支点 到 动力作用线 的距离； ⑤阻力臂(l2)：从 支点 到 阻力作用线 的距离。 合作探究1 1.思考、交流以下问题： ①支点、动力作用点、阻力作用点是否一定在杠杆上？ 答： 一定在杠杆上 。 ②动力和阻力分别使杠杆如何转动？ 答： 图中动力使杠杆逆时针转动，阻力使杠杆顺时针转动 。 ③阻力是石块的重力吗？ 答： 不是，是石块对杠杆的压力 。 ④什么是动力作用线和阻力作用线？ 答： 动力所在的直线为动力作用线，阻力所在的直线叫阻力作用线，根据需要延长或不延长 。 2.杠杠力臂的确定 （1）五步作力臂的画法： ①确定支点O； ②沿力的方向确定力的作用线，需要延长或反向延长的要画出来； ③从支点向力的作用线作垂线，标垂足，垂线通常用虚线； ④用大括号括出支点和垂足两点间部分即为力臂 ⑤在旁边标上字母l1或l2 。 （2）概括为：一定支点，二画力线，三作虚垂线，四括具体段，五标字符串。 3.对点训练： 按要求完成下列作图：如图所示，硬棒OB能绕支点O转动，A处用绳子拉住固定在墙壁上。画出拉力F的力臂（用l表示）。 答案： 自主学习2 实验：探究杠杆的平衡条件 1.提出问题 （1）提示：物体平衡是指物体保持静止或保持匀速直线运动。何谓杠杆平衡？ 回答： 杠杆在力的作用下保持静止或匀速转动 。 （2）那杠杆的平衡与动力、动力臂、阻力、阻力臂之间存在着怎样的关系？ 2.猜想与假设 （1）首先回顾平时玩的跷跷板： ①轻重不同的同学在跷跷板上如何保持平衡？ 答： 轻的离中间远一些，重的同学离得近一些 。 ②轻的同学换成重的同学坐在原位置还能平衡吗？要平衡应该怎样调节？ 答： 不平衡；重的同学再靠近中点一些 。 ③“人到中间的距离”是跷跷板的长度，还是力臂呢？如何证明呢？ 答： 是指力臂；可让一人在一端某个位置，另一个人在另一端某个固定位置分别用不同方向的力使跷跷板平衡，发现所用力不一样，所以影响杠杆平衡的因素是力臂长度，不是杠杆的长度 。 （2）针对以上现象发现：力大力臂短，力小时力臂长。我们猜想杠杆平衡条件可能是： 力和力臂乘积要相等 。 合作探究2 1.设计实验方案 （1）观察下面甲乙两幅图，杠杆都保持静止，是平衡状态： 甲 乙 ①那个图中的杠杆挂上重物后更容易确定力臂？为什么？ 答： 甲图水平静止，挂上重物后力的方向竖直向下，力臂跟杠杆重合，方便测量力臂。所以实验过程中为了方便实验，我们调节杠杆在水平位置静止 。 ②如何调节使杠杆在水平位置静止？ 答： 调节杠杆两端平衡螺母；调节规律：左高左调，右高右调 。 （2）实验步骤： 我设计的实验步骤： 。 （3）设计记录数据表格： 实验次数 动力/N 动力臂/m 阻力/N 阻力臂/m 1 2 3 2.根据实验方案，确定实验器材： 铁架台、杠杆、勾码 3.按照实验方案进行实验，收集数据。 4.实验结论： 杠杆的平衡条件为： 动力×动力臂=阻力×阻力臂，即：F1l1=F2l2 。 5.反思交流： （1）为什么要多次实验？ 答： 排除偶然性，使结论具有普遍性 。 （2）如果杠杆不在水平位置平衡，动力臂和阻力臂还能否直接从杠杆上读出？ 答： 不能 。 6.对点训练： 如图所示，小勇利用铁架台，带有均匀刻度的杠杆，细线，弹簧测力计，钩码若干（每个钩码质量相同）等实验器材，探究杠杆的平衡条件。 （1）实验前，杠杆静止在图甲所示的位置，则此时杠杆处于 平衡 ；（选填“平衡”或“非平衡”）状态； （2）为了便于测量 力臂 （选填“力”或“力臂”），应使杠杆在水平位置平衡。为此，应将平衡螺母向 左 （选填“左”或“右”）调节； （3）将杠杆调成水平位置平衡后，如图乙所示，在A点挂3个钩码，则应在B点挂 2 个钩码，才能使杠杆在水平位置保持平衡；随后两边各取下一个钩码，杠杆 左 （选填“左”或“右”）端将下沉； （4）小勇用弹簧测力计替代钩码，在B点竖直向下拉，然后将弹簧测力计绕B点逆时针旋转一小段至如图丙所示位置。在旋转过程中，要使杠杆仍然在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将逐渐 变大 （选填“变大”、“变小”或“不变”）； （5）实验结果表明，杠杆的平衡条件是：动力×动力臂=阻力×阻力臂。 自我评价 1．如图所示，固定在竖直墙上的直角三角形支架ABC放置空调室外机，A处受到膨胀螺丝水平方向的拉力为F（支架重力不计）。下列说法正确的是（　D　） A．直角三角形支架的A点为支点 B．若室外机向外移动，A点受到拉力变小 C．从安全角度分析，A处受到的拉力越大越安全 D．其它条件不变，边AC越长，A处受到的拉力越小 2．如图所示，人体的手臂可视为杠杆，手握哑铃抬起手臂，手臂在肱二头肌的拉力作用下绕肘关节O点转动。关于其原理，下列示意图正确的是（ C ） A．B． C． D． 3．下列工具在正确使用时不能看成杠杆的是（　D　） A．独轮车 B．螺丝刀 C．铡刀 D．粗绳 4．下列有关“探究杠杆的平衡条件”的描述中，错误的是 （ D ） A．杠杆静止或匀速转动，我们就说此时杠杆处于平衡状态 B．安装好杠杆，调节杠杆两端的平衡螺母，使之在水平位置平衡 C．如图保持测力计悬挂的位置不变，若斜向下拉，测力计示数会变大 D．测量过程中，若测力计指针不在整刻度线上，为方便读数可适当调节平衡螺母 5．在 力 的作用下，能绕 固定点 转动的硬棒叫做杠杆。支点到 力的作用线 的距离叫力臂，动力和阻力的方向 可能 相反，动力和阻力使杠杆转动的方向 一定 是相反（后两空均选填“可能”或“一定”）。 6．如图所示是自行车刹车把手及其示意图，刹车把手是一个简单机械，这种机械的名称是 杠杆 ，当把手处的作用力F₁=10N时，刹车拉线处的阻力F₂大小为 40 N。捏刹车时，为了省力我们常将手 远离 （选填“靠近”或“远离”）固定点O。 7．如图所示，利用杠杆将物体在力F的作用下提起，请在图中作出动力F的力臂L和作用在杠杆上的阻力F2。 答案： 8．小川利用铁架台、杠杆、钩码和弹簧测力计等器材探究杠杆的平衡条件。 （1）如图甲所示，在挂钩码前，小川发现杠杆静止时左端高右端低，接下来可向 左 （选填“左”或“右”）调节杠杆平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡； （2）小川在实验中多次换用不同数量的钩码，并改变钩码在杠杆上的位置，使杠杆在水平位置平衡，得到实验数据如下表： 实验次数 动力/N 动力臂/cm 阻力/N 阻力臂/cm 1 1.0 1 0.5 2 2 1.5 2 1.0 3 3 1.0 4 2.0 2 图乙是第2次杠杆平衡时的情景，杠杆平衡时的数据已填入表格，g取10N/kg，分析表中的数据，一个钩码的质量为 50 g，得到杠杆的平衡条件是 F1l1=F2l2 。； （3）同组的小文认为小川每组数据中的力臂恰好都等于支点到力的作用点的距离，具有一定的特殊性，还应改变动力或阻力的 方向 （选填“大小”或“方向”）进行实验，所以做了如图丙所示的实验，当弹簧测力计从竖直方向a变为方向b时，弹簧测力计的示数变 大 （选填“大”或“小”）； （4）小川又将杠杆调至水平位置平衡，打算采用图丁的方式检验得出的平衡条件，你觉得该方案中杠杆自身的重力 不影响 （选填“会影响”或“不影响”）实验结果。 我的收获 学科网（北京）股份有限公司 $$