11.1杠杆 课件-2025-2026学年苏科版物理九年级上册

该初中物理教学设计聚焦杠杆的核心概念，从生活实例引入，通过“拔图钉”活动建立物理模型，逐步引导学生认识支点、动力、阻力及其作用效果，再借助实验探究杠杆平衡条件，最终归纳出省力、费力和等臂杠杆的分类与应用，形成由现象到规律、由理论到实践的学习支架。 本资料突出科学思维与科学探究的融合，以“探究杠杆平衡条件”为核心亮点，通过实验设计、数据记录与分析，培养学生模型建构与科学推理能力，如在例题中运用F₁l₁＝F₂l₂公式解决称象问题，体现物理观念的迁移应用。同时融入中国古籍《墨经》和空间站机械臂案例，强化科学态度与责任意识，帮助学生理解物理源于生活又服务社会。教师可直接用于课堂情境创设与实验教学，学生则能在真实任务中深化理解，提升综合素养。

一、杠杆 简单机械是省力或方便的基本工具，像杠杆、滑轮、轮轴、斜面等，能改变力的大小或方向，从而使任务更容易完成。 活动：拔图钉 做一做 木板上钉了一枚图钉，你能直接用手把它拔出来吗？ 请从图中选择合适的工具把图钉拔出来。 议一议 你是怎样拔出图钉的？有哪些方法？哪一种方法更方便、省力？ 什么是杠杆？ 什么是杠杆？ 生活中有许多任务都是用类似的方法完成的。 说一说：你能说一说开瓶起子、钓鱼竿工作的过程是怎样的？ 想一想：这些工具在使用时有哪些共同的特点？ 什么是杠杆？ 物理学中，将在力的作用下可绕一固定点转动的硬棒称为杠杆。 想一想：作用在杠杆上的力有什么样的效果？产生这样的效果与哪些因素有关？是什么关系？ 为了认识杠杆的作用，我们先了解与杠杆有关的名词。支点：杠杆绕着转动的点，即图中的点 O。动力：使杠杆转动的力，即图中的 F1。阻力：阻碍杠杆转动的力，即图中的 F2。 动力F1 动力F1 阻力F2 阻力F2 支点 支点 什么是杠杆？ 说一说：如左图所示是实验室探究杠杆的装置。找出杠杆的支点、动力和阻力。说一说它们的效果。 当杠杆在动力和阻力的作用下静止时，我们就说杠杆处于平衡状态。左图中的杠杆静止在水平位置。 做一做：如右图所示，用笔将悬线拨向右侧，你观察到什么现象？说明了什么？ 想一想: 影响杠杆转动效果的因素有哪些？ 什么是杠杆？ 通过活动发现，当动力大小保持不变时，支点到动力作用线（动力所在的直线）距离变小，动力的作用效果变小。我们将支点到动力作用线的距离叫做动力臂，即图中的l1；将支点到阻力作用线的距离叫做阻力臂，即图中的l2. 动力臂l1 阻力臂l2 动力臂l1 阻力臂l2 影响杠杆转动的要素有哪些？ 下面用螺丝刀撬图钉为例，归纳影响杠杆转动效果的五要素。 支点：杠杆绕着转动的点，即图中的点 O。 动力：使杠杆转动的力，即图中的 F1。 阻力：阻碍杠杆转动的力，即图中的 F2。 动力臂：从支点到动力作用线的距离，即图中的 l1。 阻力臂：从支点到阻力作用线的距离，即图中的 l2。 说一说：你能说一说动力臂l1的画法吗？ 想一想：当F1保持大小不变，方向顺时针转动到垂直于手柄向下，对转动有什么影响？ 实践与练习 1. 指出图中各个杠杆工作时的支点、动力、动力臂、阻力和阻力臂。说一说动力和阻力的效果。 1. 确定杠杆的支点 2. 明确力的作用线 3. 过支点作力的作用线的垂线 4. 标注力臂 实践与练习 1. 确定杠杆的支点 2. 明确力的作用线 3. 过支点作力的作用线的垂线 4. 标注力臂 实践与练习 1. 确定杠杆的支点 2. 明确力的作用线 3. 过支点作力的作用线的垂线 4. 标注力臂 影响杠杆转动的要素有哪些？ 如图是实验室常用的杠杆尺，此时杠杆尺在水平位置平衡的场景。 说一说：A、B、C、D、E是杠杆的什么要素？它们对杠杆的转动有什么作用？ 想一想：若杠杆要保持平衡，你觉得它们之间存在什么样的关系？ 议一议：你打算如何证明你的观点？ 杠杆平衡要满足什么样的条件？ 学生实验 探究杠杆的平衡条件 实验与记录 1. 安装杠杆，调节杠杆两端的平衡螺母，使之在水平位置平衡。 2. 如图所示，在杠杆左边挂一定数量的钩码，用弹簧测力计在杠杆右边某一位置竖直拉住杠杆。设弹簧测力计对杠杆竖直向下的拉力 F1 是动力，动力臂为 l1；钩码对杠杆的拉力 F2 是阻力，阻力臂为l2。当杠杆在水平位置平衡时，测量 F1、l1、F2、l2 的大小，并将数据记录在表中。 3. 在下列情况下使杠杆在水平位置平衡，将相关数据记录在表中： （1）保持钩码和弹簧测力计的位置不变，改变钩码的数量。 （2）保持钩码的数量和位置不变，改变弹簧测力计的位置。 （3）保持弹簧测力计的位置和钩码的数量不变，改变钩码的位置。 杠杆平衡要满足什么样的条件？ 学生实验 探究杠杆的平衡条件 序号 F1/N l1/cm F2/N l2/cm ① ② ③ ④ ┄ 交流与小结 分析表中数据，找出它们之间的关系。你有什么发现？ 多次实验的目的是什么？ 实验表明，杠杆平衡时： 杠杆平衡要满足什么样的条件？ 这就是杠杆的平衡条件，也称杠杆原理，是由古希腊学者阿基米德总结出来的。它揭示了杠杆在平衡状态下力与力臂之间的定量关系。力与力臂的乘积是衡量力对杠杆转动作用的物理量。杠杆的转动效果不仅取决于力的大小，还与力臂相关。当 F1l1 与 F2l2 大小相等时，两个方向相反的转动效果相互抵消，杠杆实现平衡。 想一想：如图所示，左右两边各加一个钩码，杠杆能继续保持平衡吗？为什么？ 实践与练习 2. 如左图所示，在“探究杠杆的平衡条件”实验中，保持杠杆在水平位置平衡。如右图所示，改变弹簧测力计拉杠杆的方向，弹簧测力计的示数会改变吗？试用杠杆平衡条件解释。 为了说明杠杆原理的威力，阿基米德曾说：“假如给我一个支点，我就能撬动地球。” 如何运用杠杆的平衡条件？ 算一算：地球的质量为6 ×1024kg。假设支点距地球1m，阿基米德给杠杆的最大压力为600N，则阿基米德需要一根至少多长的轻质杠杆？ 如何运用杠杆的平衡条件？ 活动 利用杠杆平衡条件估测杠杆的质量 做一做：实验室能提供的器材有杠杆、弹簧测力计、铁架台、细线、工字钉、钩码、砝码、铁杆、刻度尺等。请选择合适的器材，估测“学生实验”中杠杆的质量。 想一想：在“学生实验”中，杠杆自重对实验有影响吗？为什么？ 读一读 中国古人对杠杆的研究和应用 在我国，人们很早就开始运用杠杆解决生产、生活中的问题。 左图所示是在我国湖南长沙出土的战国时期的天平和砝码。该天平配有多个砝码，最小的砝码质量约为 0.6 g。这说明当时的称量已经相当精确。 《墨经》中对秤的原理作了较为科学的描述。《墨经》将被称物品叫作“重”，砝码叫作“权”，支点到“重”的距离叫作“本”，支点到“权”的距离叫作“标”，如右图所示。 读一读 中国古人对杠杆的研究和应用 《墨经》中记述了墨子及其弟子对秤的研究：衡，加重于其一旁，必捶。权重（不）相若也相衡，则本短标长。两加焉，重相若，则标必下……其大意如下： 如图所示，秤平衡后，如果在秤的一边加重物，那么这一边必定下垂。如果“重”和“权”的质量不等（“重”的质量大于“权”的质量），而秤也能平衡，必定是“本短标长”。若在两边加相同质量的重物，则“标”这一边必定下垂…… （1）试证明以上说法的正确性。（2）这段记载是否能称为“物理规律”，为什么？ 读一读 中国古人对杠杆的研究和应用 明代科学家宋应星在《天工开物》中描绘了用于捣谷的碓（duì）和用于汲水的桔槔（jié gāo）。 捣谷的碓 汲水的桔槔 想一想：如图所示，捣谷的碓和用于汲水的桔槔是如何工作的？有什么区别？ 使用杠杆有什么特点？ 由杠杆原理可知：当动力臂大于阻力臂时，动力小于阻力，这类杠杆称为省力杠杆，左图所示的开瓶扳手即属于省力杠杆； 当动力臂小于阻力臂时，动力大于阻力，这类杠杆称为费力杠杆，右图所示的钓鱼竿即属于费力杠杆； 费力，省距离 省力，费距离 当动力臂等于阻力臂时，动力等于阻力，这类杠杆称为等臂杠杆，左图所示的托盘天平即属于等臂杠杆。 常见器具都应用了杠杆原理，请说出它们分别属于哪类杠杆，并说明理由。 跷跷板 使用杠杆有什么特点？ 独轮车 省力杠杆：省力，费距离 使用杠杆有什么特点？ 筷子 费力杠杆：费力，省距离 使用杠杆有什么特点？ 笤帚 费力杠杆：费力，省距离 使用杠杆有什么特点？ 船桨 费力杠杆：费力，省距离 使用杠杆有什么特点？ 生活 物理 社会 生活中的剪刀 如图所示，剪刀是生活中常见的工具，它们也都是杠杆。注意观察从事不同行业的人所用的剪刀各有什么特点。 裁缝用的剪刀刀刃比平常家用剪刀的刀刃长得多，完成一次剪裁动作可以剪下较长的布料。理发师用的剪刀手柄比较短，他们剪发时手的动作幅度较小，可提高剪发的效率。钣金工用的剪刀，其动力臂比阻力臂长，只要用较小的力，就能把坚硬的铁皮剪开。园艺师使用的剪刀有很多种，如修整冬青树的剪刀、剪花枝的剪刀等。请你调查：园艺师使用了哪些剪刀？它们各有什么特点和用途？ 生活 物理 社会 生活中的剪刀 想一想：图中是修剪树枝的场景。园艺师傅常把树枝尽量往剪刀轴处靠近，请你应用相关公式分析这样做的目的。 剪刀在使用过程中，在同样的情况下，往剪刀轴靠近，减小了阻力臂，由 F1l1=F2l2 可知：在阻力大小，动力臂大小一定时，阻力臂 l2 越小，越省力． 例题 据报道，一位物理老师在动物园内，用弹簧测力计称出了一头大象的质量。在称象过程中，他用到了吊车、铁笼和一根很长的槽钢等辅助工具，如图所示。槽钢上的悬吊点 O 为支点，测得动力臂 l1 为 9 m，阻力臂 l2为 7 cm。槽钢 在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数为 200 N。若不 计槽钢和铁笼的质量，试估算大象的质量（g 取 10 N / kg）。 例题 反思　如果要考虑槽钢和铁笼的质量，那么在称象前应做什么准备工作？ 生活 物理 社会 从人体中的杠杆到空间站的机械臂 人体的运动系统主要是由骨、关节和骨骼肌组成的。尽管人体的各种运动相当复杂，但最基本的运动都是由骨绕关节转动产生的，其模型就是杠杆。例如，当手握哑铃向上运动时，上臂的肱二头肌收缩、肱三头肌伸展产生的力使前臂骨绕肘关节转动。因此，前臂骨可以看成杠杆，肘关节是支点，哑铃对手的压力是阻力，上臂中的骨骼肌对前臂骨施加的力则是动力。 生活 物理 社会 从人体中的杠杆到空间站的机械臂 人体有 600 多块骨骼肌，它们在神经系统的调节下，分别负责各部位的运动。当你做抬腿、伸臂、点头、叩齿等动作时，就用到了身上各种 各样的杠杆。 人体中的杠杆为科技工作者的 发明创造提供了很多 启示，机械臂的发明就是其生动体现。 中国空间站的机械臂设置了 多个关节，通过这些 关节的旋转，能够实 现任意角度与位置的抓取等操作。它还能在空间站舱体外 表面“爬行”，主要承担舱段转位、航天员出舱活动、舱外货 物搬运、舱外状态检查和大型设备维护等任务。 机械臂 实践与练习 图中哪些是省力杠杆，哪些是费力杠杆？ 实践与练习 实践与练习 小制作：蜡烛跷跷板。 在一段塑料管中间垂直插入一根大号缝衣针，将两支相同的蜡烛分别插入塑料管的两端，再把缝衣针的两端分别放在两个玻璃杯上，就做成了一个蜡烛跷跷板。如图所示，点燃蜡烛，你看到了什么现象？你能说明其中的道理吗？ $