第4节 简单机械 第2课时(教学课件)科学浙教版九年级上册
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精品
摘要:
该初中科学课件核心围绕杠杆的类型、判断方法及应用展开,通过“思考与讨论”环节结合赛艇桨等生活实例导入,构建从生活现象到理论知识再到实践应用的学习支架,帮助学生梳理知识脉络。
其亮点在于融合生活实例与古代科技应用(如《墨经》记载天平原理),体现科学观念与态度责任,典例分析含自制杠杆实验等探究实践,通过实例归纳与问题辨析助力学生掌握,能提升学生应用与探究能力,为教师提供系统教学资源。
内容正文:
第4节
简单机械
(第2课时)
第3章 能量的转化与守恒
浙教版九年级上册
知识目标
杠杆的平衡条件
1
杠杆的应用
2
素养目标
研究杠杆的平衡条件及应用;知道杠杆的分类及特点。
科学观念
应用杠杆平衡条件解释生活和生产中的问题;根据实验数据归纳出杠杆平衡条件的数学表达式,应用杠杆平衡条件解决相关问题。
科学思维
学会用简单的器材探究杠杆的平衡条件,根据实验数据得出杠杆平衡条件的数学表达式。
探究实践
杠杆的平衡条件
PART 1
探究新知
新课引入
跷跷板是典型的杠杆机械,根据你的生活经验,你知道怎样才能使杠杆维持在水平位置平衡吗?
两边的人体重相等
当跷跷板两边不一样长时,不同体重的人也可以使跷跷板在水平位置平衡,有时跷跷板不在水平位置时也可以保持静止,这又是为什么呢?
新知讲授
首先我们要了解什么是平衡状态,我们之前学习过机械运动,回忆一下,一个物体处于平衡状态是什么意思?
静止或匀速直线运动
那么杠杆的平衡状态又是怎样的呢?
杠杆的平衡状态
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,我们就说杠杆处于平衡状态。
所以说杠杆的平衡状态并不一定就是水平位置平衡,也可以是非水平位置静止或匀速转动的状态。
那么杠杆平衡时,应该满足什么条件?
新知讲授
探究:研究杠杆的平衡
【提出问题】
杠杆平衡时,作用在杠杆上的动力F1、阻力F2和动力臂l1、阻力臂l2之间存在着怎样的关系呢?
【建立假设】
结合自己玩跷跷板的体会,若要把自己这一端往下压,可把自己的身体往外移动,也可以增大自己这一方的重量。从中我们可以得到启发:
杠杆的平衡跟动力、动力臂与阻力、阻力臂有关。
新知讲授
【设计实验】
利用小组合作的方式设计实验方案。我们可以对跷跷板进行简化,如图所示,用一根带有刻度的均质木尺作为杠杆,用钩码的拉力来代替人的作用力,进行实验研究。
【实验器材】
带刻度的杠杆和支架、钩码、细线等。
新知讲授
【实验过程】
(1)把杠杆的中央支在支架上,调节杠杆两端的螺母,使杠杆在水平位置处于平衡状态。
(2)在杠杆的两端分别挂上不同数量的钩码,并左右移动钩码悬挂的位置,直到杠杆再次在水平位置处于平衡状态。这时杠杆两端受到的作用力分别等于各自钩码的重力。
可以使杠杆的重心落在支点处,此时杠杆自身重力的力臂为0,从而消除了杠杆的重力对实验的影响。
为什么选择支架中点作为支点?
怎样调节螺母?
注意一开始调好平衡螺母后之后就不再调节,杠杆向右偏,平衡螺母向左调,反之右调
思考与讨论
新知讲授
(3)将支点左边钩码对杠杆的作用力记作动力F1,右边钩码对杠杆的作用力记作阻力F2。将动力和阻力填入表内。
(4)读出动力臂l1、阻力臂l2,并填入表内。
(5)改变力和力臂的数值,重复上述实验,共做4次。把有关数据填入表内。
序号 动力F1(牛) 动力臂l1(厘米) 阻力F2(牛) 阻力臂l2(厘米)
1 0.5 20 1.0 10
2 1.0 20 2.0 10
3 1.5 10 1.0 15
4 2.0 10 1.0 20
目的:避免结论的偶然性,寻找杠杆平衡的普遍性规律
新知讲授
【数据分析】
【实验结论】
杠杆的平衡条件:
用公式表示为
序号 动力F1(牛) 动力臂l1(厘米) 阻力F2(牛) 阻力臂l2(厘米)
1 0.5 20 1.0 10
2 1.0 20 2.0 10
3 1.5 10 1.0 15
4 2.0 10 1.0 20
动力与动力臂的乘积和阻力与阻力臂的乘积相等。
新知讲授
思考与讨论
为什么要调节杠杆在水平位置平衡,而不使它处于倾斜状态平衡?
水平位置平衡时,此时力和杠杆垂直,也就是说力臂与杠杆重合,我们可以根据杠杆的刻度从杠杆上直接读出力臂的大小。便于读出力臂。若杠杆倾斜状态平衡,力臂与杠杆不重合,无法直接读出力臂。
新知讲授
杆秤是我国劳动人民智慧的结晶,它是一种典型的杠杆。利用它来称量货物的质量。
O
F1
F2
l1
l2
由杠杆的平衡条件F1l1=F2l2 可知,
①当货物的质量改变时,只需相应地改变 就可以使杠杆在水平位置恢复平衡。
②杆秤还可以通过改变支点的位置来改变量程,如支点选在O’位置,杆秤的量程会 。
O’
l1
增大
新知讲授
杠杆平衡条件的应用
根据,
可得变形式:,
动力、阻力、动力臂和阻力臂知道其中任意三个量就可以求出第四个量,有时也可根据比例求解。
注意事项:
①单位统一,力的单位为N,力臂的单位一致;
②力和力臂的乘积相等杠杆就平衡,可比较力和力臂乘积大小判断杠杆哪一端升高,哪一端降低。
新知讲授
【例题】如图是铁道检修工用的道钉撬,有关尺寸见图。若在A点竖直向下作用200牛的力,道钉撬对道钉会产生多大的力?如果还不能将道钉撬出,在保持手的作用力大小和作用点不变的情况下,采用什么方法可增大道钉撬对道钉的作用力?
解:据杠杆平衡条件,
可得:
在l2、F1 都保持不变时,要增大F2,只有增大l1。具体做法是:使F1的方向与撬棒垂直,这样l1取值最大。
答:道钉撬对道钉能产生4000牛的力。使F1的方向与撬棒垂直,可增大撬棒对道钉的作用力。
杠杆的应用
PART 2
探究新知
新知讲授
我们发现使用杠杆有时可以省力,有时却很费力,有时不省力也不费力,这是为什么呢?
新知讲授
读图
观察图中所示的杠杆,比较它们的动力臂l1、阻力臂l2、动力F1、阻力F2的大小,你能得出什么结论?
O
F1
F2
l1
l2
O
F1
F2
l1
l2
O
F1
F2
l1
l2
O
F1
F2
l2
l1
l1=l2
l1<l2
l1<l2
l1>l2
新知讲授
由杠杆的平衡条件可知:
①若l1>l2,则F1<F2,使用杠杆可省力,为省力杠杆;
②若l1<l2,则F1>F2,使用杠杆要费力,为费力杠杆;
③若l1=l2,则F1=F2,使用杠杆既不省力,也不费力,为等臂杠杆。
因此,我们可以把杠杆分成三类:省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆。
在生活和生产中,常可以找到这三类不同的杠杆。
杠杆的分类
新知讲授
F1=F2
等臂杠杆
F1<F2
省力杠杆
F1>F2
费力杠杆
新知讲授
思考与讨论
你还能举出一些生活和生产中省力、费力和等臂杠杆的实例吗?如图所示,赛艇上的桨属于哪类杠杆?
F2
F1
l2
l1
如图,l1<l2,则F1>F2,使用杠杆要费力,为费力杠杆。
新知讲授
通过对省力杠杆和费力杠杆的进一步分析,可以发现:
使用省力杠杆虽然省力,但是费距离;使用费力杠杆虽然费力,省距离。
那么我们如何判断杠杆的类型呢?
判断杠杆类型的方法
①根据力臂大小判断
②根据动力阻力的大小判断
③根据使用简单机械的目的判断
l1>l2→省力; l1<l2→费力; l1=l2→等臂
F1<F2→省力;F1>F2→费力;F1=F2→等臂
如使用筷子是为了便于夹取远处的物体,是为了省距离,故为费力杠杆
新知讲授
阅读:我国古代人们对杠杆的应用
早在3000多年以前,勤劳智慧的中国人就已经开始使用杠杆。他们发明了用来捣谷的舂,用来在井上汲水的桔槔,以及用来精确测量质量的天平和杆秤等。
在公元前4世纪~公元前3世纪写成的《墨经》
中就对天平的平衡原理作了 精辟的论述:“衡木:
加重于其一旁,必捶一重相若也。”意思是:天平
横梁的一臂加重物,另一臂也要加砝码,两者必须
等重,才能平衡。
舂 桔槔
典例分析
例1.如图所示杠杆AOB能绕O点转动(杆重和摩擦均不计),已知OA=L1,OB=L2,F1与OA垂直,F2与OB垂直,且F1L1=F2L2,则此杠杆在F1和F2作用下的状态( )
A.一定静止
B.一定匀速转动
C.可能静止或匀速转动
D.一定变速转动
【解析】根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2知道,在阻力、阻力臂一定的情况下,要使所用的动力最小,必须使动力臂最长;将推车看作杠杆,略微提起后轮时,推车围绕前轮与地面的接触点转动,该点为支点。若要从图A、B、C、D四点中选择一点施加竖直向上的力,只有在D点施力时,动力臂最长,则在D点施加竖直向上的力最小最省力。故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
D
典例分析
例2.载重推车过障碍物时需略微提起后轮,若在如图四点中选择一点施加竖直向上的力,其中最省力的点是( )
A.A点
B.B点
C.C点
D.D点
【解析】根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2知道,在阻力、阻力臂一定的情况下,要使所用的动力最小,必须使动力臂最长;将推车看作杠杆,略微提起后轮时,推车围绕前轮与地面的接触点转动,该点为支点。若要从图A、B、C、D四点中选择一点施加竖直向上的力,只有在D点施力时,动力臂最长,则在D点施加竖直向上的力最小最省力。故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
D
典例分析
例3.如图是课桌调节器,学生通过手摇方式调节课桌的高度以适应不同身高的需求,下列说法正确的是( )
A.课桌调节器属于费力杠杆
B.该杠杆的支点是C点
C.使用课桌调节器可以省功
D.它与羊角镶都属于省力杠杆
【解析】A.观察课桌调节器,手摇处为动力作用点,在调节过程中,动力臂大于阻力臂,所以它是省力杠杆,不是费力杠杆,A错误。
B.该杠杆绕着B点转动,所以支点是B点,不是C点,B错误。
C.根据功的原理,使用任何机械都不能省功,课桌调节器也不例外,C错误。
D.羊角锤在使用时,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆,课桌调节器也是省力杠杆,所以它与羊角锤都属于省力杠杆,D正确。
故选D。
D
典例分析
例4.小科利用粗细均匀的轻质细杆、钩码、螺母等材料自制简易杠杆进行实验。
(1)杠杆两端的螺母作用是 。
(2)如图乙,若用力作用在A点,使杠杆水平平衡,画出施加最小力的示意图。
(3)如图丙,小科实验时在杠杆两端叠放上不同数量的新制五角硬币,杠杆仍在水平位置平衡,用刻度尺测出L1和L2的长度,根据杠杆平衡条件他认为2L1=3L2。老师指出他的判断是错误的,他的错误在于 。
使杠杆在水平位置平衡
动力臂和阻力臂测量错误
典例分析
【解析】(1)实验前,应首先进行杠杆平衡调节。当杠杆处于水平平衡时,作用在杠杆上的动力和阻力即为钩码的重力,其方向恰好与杠杆垂直,这时力的力臂就可以从杠杆上的刻度直接读出,所以杠杆两端的平衡螺母的作用是调节杠杆在水平位置平衡。
(2)若用力作用在A点,使杠杆水平平衡,当OA为动力臂时,动力臂是最大的,根据杠杆的平衡条件可知,此时的动力是最小的,动力的方向是向上的,如图所示:
(3)根据杠杆的平衡条件可知F1L1=F2L2,杠杆两端硬币的重力分别是动力和阻力,图中的力臂并不是支点到硬币重力作用线的距离,小科动力臂和阻力臂测量错误,所以得出的结论错误。
归纳总结
简单机械
杠杆的应用
杠杆的平衡条件
杠杆平衡条件的应用
探究杠杆的平衡条件
杠杆的分类
识别杠杆的类型
THANKS
感谢观看
第3章 能量的转化与守恒
浙教版九年级上册
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