11.1 杠 杆 导学案 2024-2025学年 教科版八年级下册物理

第十一章 简单机械和功 11.1 杠杆 导学目标 1. 能准确识别生活中常见的杠杆，理解杠杆的定义，知道杠杆的五要素——支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂，并能在杠杆示意图中正确标注。 2. 经历探究杠杆平衡条件的实验过程，学会正确使用弹簧测力计、钩码等实验器材，会记录和分析实验数据，归纳得出杠杆的平衡条件公式：动力×动力臂 = 阻力×阻力臂（F1×l1 = F2×l2 ）。 3. 能依据杠杆的平衡条件，对杠杆进行分类，明确省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆的特点，并能结合生活实例说明各类杠杆的应用原理，解释生活中杠杆相关的现象。 4. 通过对杠杆知识的学习，培养观察、分析、归纳总结的能力，以及运用物理知识解决实际问题的意识和能力，感受物理与生活的紧密联系。 重点 1. 杠杆五要素的识别与标注，尤其是力臂的概念理解和作图，这是学习杠杆知识的基础，只有准确掌握五要素，才能深入理解杠杆的工作原理。 2. 探究杠杆平衡条件的实验过程，包括实验器材的选择、实验步骤的设计、数据的收集与分析，通过实验得出杠杆平衡条件公式，这是杠杆知识的核心内容。 3. 依据杠杆平衡条件对杠杆进行分类，理解省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆的特点及其在生活中的应用，学会运用杠杆知识解释生活现象，体现物理知识的实用性。 难点 1. 力臂的概念理解和作图是难点之一。力臂是从支点到力的作用线的垂直距离，学生容易将其与支点到力的作用点的距离混淆，在实际作图时，难以准确找到力的作用线并作出垂直距离。 2. 在探究杠杆平衡条件的实验中，控制实验变量，排除其他因素的干扰，准确得出杠杆平衡条件公式，对学生的实验设计和分析能力要求较高。同时，理解实验中多次测量的目的，不仅仅是为了减小误差，更是为了寻找普遍规律，这对于学生来说也具有一定难度。 3. 根据杠杆的具体应用场景，准确判断杠杆的类型，并能运用杠杆平衡条件分析其工作原理，解释生活中复杂的杠杆现象，需要学生具备较强的知识迁移和应用能力。 导学方法 1. 实验探究法：通过设计并进行探究杠杆平衡条件的实验，让学生亲身体验科学探究的过程，培养学生的动手操作能力、观察能力和数据分析能力，使学生在实验中得出杠杆平衡条件的结论。 2. 讨论法：组织学生在课堂上讨论杠杆五要素的特点、实验过程中遇到的问题、杠杆在生活中的应用等，激发学生的思维，促进学生之间的交流与合作，培养学生的团队协作精神和语言表达能力。 3. 讲授法：在学生自主探究和讨论的基础上，教师对杠杆的概念、力臂的作图方法、杠杆平衡条件的应用等重点和难点知识进行系统讲解，帮助学生构建完整的知识体系，加深对知识的理解。 课时 1课时 导学过程 课前导学 1. 认识杠杆：在生活中，我们经常会见到各种各样的工具，比如撬棒、羊角锤、剪刀等。这些工具在使用时，围绕着一个固定点转动，像这样，在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒，就叫做杠杆。这个固定点叫做杠杆的_________，使杠杆转动的力叫做_________，阻碍杠杆转动的力叫做_________。动力和阻力的作用点都在杠杆上，并且动力和阻力使杠杆转动的方向是_________（选填“相同”或“相反”）的。 2. 杠杆的五要素：除了支点、动力和阻力外，杠杆还有两个重要的要素，分别是动力臂和阻力臂。动力臂是指从_________到_________的垂直距离，用符号_________表示；阻力臂是指从_________到_________的垂直距离，用符号_________表示。在画力臂时，首先要确定支点的位置，然后找到力的作用线（力的作用线是通过力的作用点，沿力的方向所画的直线），最后从支点向力的作用线作垂线，这条垂线的长度就是力臂。注意，力臂不一定在杠杆上。 3. 探究杠杆平衡条件的实验准备：为了探究杠杆平衡时动力、动力臂、阻力、阻力臂之间的关系，我们需要准备一些实验器材，如杠杆、支架、弹簧测力计、钩码、细线等。在实验前，要先调节杠杆两端的螺母，使杠杆在_________位置平衡。这样做的目的是为了便于测量_________，因为杠杆在水平位置平衡时，力臂与杠杆重合，直接从杠杆上的刻度就可以读出力臂的大小。同时，还要注意检查实验器材是否完好，弹簧测力计的指针是否指在零刻度线处，如有问题，及时调整。 课堂导学 一、认识杠杆 1. 杠杆的定义和实例分析：回顾杠杆的定义，再次强调杠杆是在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒。这里的硬棒不一定是直的，也可以是弯曲的，只要满足绕固定点转动这一条件即可。展示一些生活中常见的杠杆实例，如撬石头的撬棒、开瓶器、筷子、天平、起重机的吊臂等，让学生观察并分析这些杠杆在使用时的转动情况，找出它们的支点、动力和阻力。以撬棒为例，当用撬棒撬石头时，撬棒绕着与地面接触的点转动，这个点就是支点；人施加在撬棒上的力是动力，石头对撬棒的力是阻力。通过对这些实例的分析，加深学生对杠杆概念的理解。 2. 杠杆五要素的深入理解和标注练习：在学生对杠杆有了一定认识的基础上，进一步讲解杠杆的五要素。详细介绍支点、动力、阻力、动力臂和阻力臂的概念，强调力臂是从支点到力的作用线的垂直距离，而不是到力的作用点的距离。通过在黑板上画图和多媒体展示，演示如何准确地找出杠杆的五要素，并进行标注。让学生在课堂练习本上画出一些杠杆的示意图，如羊角锤拔钉子、钓鱼竿钓鱼等，并标注出五要素，教师巡视指导，及时纠正学生的错误。 二、探究杠杆平衡条件 1. 实验目的和原理：明确本次实验的目的是探究杠杆平衡时动力、动力臂、阻力、阻力臂之间的关系。杠杆平衡是指杠杆在动力和阻力的作用下，保持静止状态或匀速转动状态。实验原理是基于力和力臂对杠杆转动的影响，通过改变动力、动力臂、阻力、阻力臂的大小，观察杠杆的平衡情况，从而找出它们之间的内在联系。 2. 实验器材和装置安装：展示实验所需的器材，向学生介绍每个器材的作用。将杠杆安装在支架上，调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。如果杠杆左端下沉，应将螺母向_________（选填“左”或“右”）调节；如果杠杆右端下沉，应将螺母向_________（选填“左”或“右”）调节。在杠杆的两侧挂钩码，通过改变钩码的数量和悬挂位置来改变动力、动力臂、阻力、阻力臂的大小。也可以使用弹簧测力计代替一侧的钩码，这样可以更方便地改变力的大小和方向。 3. 实验步骤和数据记录： （1）在杠杆的一侧挂一定数量的钩码作为阻力，记录阻力的大小（根据钩码的重力计算，每个钩码重力为G）和阻力臂的长度（从支点到挂钩码处的距离，单位为cm）。 （2）在杠杆的另一侧挂钩码作为动力，通过调整钩码的数量和悬挂位置，使杠杆在水平位置重新平衡，记录动力的大小和动力臂的长度。 （3）改变阻力和阻力臂的大小，重复上述步骤，至少进行三次实验，并将每次实验的数据进行记录 4. 实验数据分析和结论归纳：引导学生对实验数据进行分析，观察动力与动力臂的乘积、阻力与阻力臂的乘积之间的关系。可以让学生计算每次实验中动力×动力臂和阻力×阻力臂的值，并进行比较。通过分析数据，学生会发现，在杠杆平衡时，动力×动力臂 = 阻力×阻力臂，即F1×l1 = F2×l2 。这就是杠杆的平衡条件。向学生强调，这个结论是通过多次实验得出的普遍规律，具有重要的应用价值。 5. 实验拓展和反思：在得出杠杆平衡条件后，引导学生思考一些拓展问题。例如，如果杠杆不是在水平位置平衡，而是在倾斜位置平衡，杠杆平衡条件是否仍然成立？让学生进行简单的推理和讨论。同时，让学生反思实验过程中可能存在的误差，如杠杆自身的重力对实验结果的影响、测量力臂时的误差等，思考如何减小这些误差，培养学生的科学探究精神和批判性思维。 三、杠杆的分类及应用 1. 杠杆的分类依据：根据杠杆平衡条件F1×l1 = F2×l2 ，当F1＜F2时，l1＞l2 ，这种杠杆叫做省力杠杆；当F1＞F2时，l1＜l2 ，这种杠杆叫做费力杠杆；当F1 = F2时，l1 = l2 ，这种杠杆叫做等臂杠杆。所以，杠杆的分类依据是动力臂和阻力臂的大小关系。 2. 省力杠杆的特点和应用实例：省力杠杆的特点是动力臂大于阻力臂，省力但费距离。生活中常见的省力杠杆有撬棒、羊角锤、开瓶器、扳手等。以撬棒为例，撬棒的动力臂很长，阻力臂很短，根据杠杆平衡条件，用较小的动力就可以克服较大的阻力，达到省力的目的。但是，使用撬棒时，动力作用点移动的距离比阻力作用点移动的距离大得多，也就是费距离。让学生列举生活中其他省力杠杆的例子，并分析其工作原理。 3. 费力杠杆的特点和应用实例：费力杠杆的特点是动力臂小于阻力臂，费力但省距离。生活中常见的费力杠杆有筷子、钓鱼竿、镊子、船桨等。以钓鱼竿为例，钓鱼竿的动力臂很短，阻力臂很长，使用时需要用较大的动力才能提起鱼，看似费力。但是，由于动力作用点移动的距离比阻力作用点移动的距离小，当鱼被提起时，人只要移动较小的距离，就能将鱼从远处钓上来，达到省距离的目的。同样，让学生列举生活中其他费力杠杆的例子，并解释其应用原理。 4. 等臂杠杆的特点和应用实例：等臂杠杆的特点是动力臂等于阻力臂，既不省力也不费力，不省距离也不费距离。生活中常见的等臂杠杆有天平、定滑轮等。天平是测量物体质量的工具，它的横梁在支点两侧的长度相等，也就是动力臂等于阻力臂。当左右两盘物体质量相等时，天平平衡，根据杠杆平衡条件可知，左右两盘物体对天平的压力相等，从而可以测量出物体的质量。定滑轮在使用时，相当于一个等臂杠杆，它可以改变力的方向，但不能省力。让学生理解等臂杠杆在生活中的应用意义。 5. 杠杆应用的综合分析：展示一些复杂的杠杆应用场景，如起重机、剪刀（不同类型的剪刀，有的是省力杠杆，有的是费力杠杆）等，让学生分组讨论，分析这些杠杆在工作过程中是如何利用杠杆平衡条件的，属于哪种类型的杠杆，并解释其工作原理。通过这种综合分析，培养学生运用杠杆知识解决实际问题的能力，提高学生的思维能力和团队协作能力。 教师引导、学生归纳小结 1. 知识梳理：引导学生回顾本节课所学的主要知识，包括杠杆的定义、五要素、杠杆平衡条件、杠杆的分类及应用等。以提问的方式，让学生回答每个知识点的关键内容，如杠杆的定义是什么？杠杆平衡条件的公式是什么？省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆的特点分别是什么？通过这种方式，帮助学生梳理知识，强化记忆。 2. 方法总结：总结本节课在学习过程中所运用的方法，如实验探究法、分析归纳法等。强调实验探究在物理学习中的重要性，让学生了解如何通过实验提出问题、设计实验方案、进行实验操作、收集数据、分析数据并得出结论。同时，引导学生学会从实验数据和生活实例中分析归纳出物理规律，培养学生的科学思维能力。 3. 学习反思：让学生思考在本节课的学习过程中，自己哪些地方掌握得较好，哪些地方还存在疑问或困难。鼓励学生提出自己在学习过程中遇到的问题，教师进行解答和指导。同时，引导学生反思自己在实验操作和课堂讨论中的表现，总结经验教训，以便在今后的学习中更好地参与课堂活动，提高学习效果。 课堂练习 1. 关于杠杆，下列说法正确的是（ ） A. 杠杆一定是直的硬棒 B. 杠杆的支点一定在杠杆的中间位置 C. 杠杆在力的作用下一定处于静止状态 D. 杠杆在力的作用下能绕固定点转动 2. 画出如图所示杠杆的动力臂l1和阻力臂l2（请自行在练习本上画图，这里假设杠杆为一根水平直杆，支点在杆的左端，动力F1方向竖直向上，作用点在杆的中点；阻力F2方向竖直向下，作用点在杆的右端）。 3. 在探究杠杆平衡条件的实验中，杠杆在水平位置平衡时，挂钩码的情况如图所示（图中杠杆每小格长度相等，每个钩码质量相同，均为50g）。已知杠杆上相邻两刻度线之间的距离为5cm，则动力F1 =_________N，动力臂l1 =_________cm，阻力F2 =_________N，阻力臂l2 =_________cm。（g取10N/kg） 4. 下列工具中，属于省力杠杆的是（ ） A. 钓鱼竿 B. 筷子 C. 羊角锤 D. 镊子 5. 用撬棒撬石头，已知动力臂是阻力臂的5倍，若要撬起重为500N的石头，至少需要施加多大的动力？（写出计算过程） 课后练习 1. 完成课本课后练习题，巩固本节课所学的基础知识和基本技能。 2. 观察生活中还有哪些杠杆没有在课堂上提到，分析它们属于哪种类型的杠杆，并记录下来。 3. 制作一个简单的杠杆模型，可以使用硬纸板、铁丝、钩码等材料，通过制作模型，进一步加深对杠杆原理的理解。 4. 思考并回答：如果一个杠杆的动力臂是阻力臂的3倍，当杠杆平衡时，动力与阻力之比是多少？如果动力为10N，那么阻力是多少？ 课后反思 1. 教学过程反思：回顾本节课的教学过程，思考教学目标是否达成，教学方法是否得当，教学内容的安排是否合理。在实验探究环节，学生的参与度如何，是否能够顺利完成实验操作和数据处理；在讲解杠杆的分类及应用时，学生是否能够理解和掌握。分析教学过程中存在的优点和不足之处，以便在今后的教学中改进。 2. 学生学习情况反思：关注学生在课堂练习和课后练习中的表现，了解学生对杠杆知识的掌握程度。分析学生在学习过程中容易出现的错误和问题，如力臂的作图错误、杠杆平衡条件的应用错误、杠杆类型判断错误等，找出学生错误的原因，是概念理解不清，还是计算能力不足，或是缺乏知识迁移能力等。针对学生的问题，制定个性化的辅导计划，帮助学生解决学习困难。 3. 教学改进措施：根据教学过程反思和学生学习情况反思的结果，制定教学改进措施。例如，在今后的教学中，可以增加一些实验探究活动，让学生有更多的机会亲身体验物理知识的形成过程；对于难点知识，可以采用多种教学方法进行讲解，如比喻法、类比法等，帮助学生理解；加强对学生的练习和辅导，及时反馈学生的学习情况，让学生在练习中巩固知识，提高能力。同时，鼓励学生在生活中多观察、多思考，将物理知识与实际生活紧密联系起来，提高学生学习物理的兴趣和积极性。 参考答案 课前导学 1. 支点、动力、阻力、相反 2. 支点、动力作用线、l1、支点、阻力作用线、l2 3. 水平、力臂 课堂练习 1. D 2. （略，按照题目要求画图，动力臂是从支点到动力作用线的垂直距离，阻力臂是从支点到阻力作用线的垂直距离） 3. 1N、10cm、2N、5cm 4. C 5. 解：根据杠杆平衡条件F1×l1 = F2×l2 ，已知l1 = 5l2 ，F2 = 500N，则F1 = F2×l2÷l1 = 500N×l2÷（5l2 ） = 100N。答：至少需要施加100N的动力。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$