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

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。

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 $