第1节 杠杆（第1课时）（表格式教学设计）物理新教材沪科版（五四学制）八年级下册

第1节 杠杆（第1课时）（教学设计） 年级 八年级下册 授课时间： 授课教师： 课题 第1节 杠杆 教学 目标 1. 能识别出杠杆，准确找出杠杆的五要素。知道杠杆的平衡条件，并能进行相关计算。能对杠杆进行分类，选择合适的杠杆解决生活中的实际问题。 2. 辨析生活中的有关实例，了解杠杆是一种模型，初步认识模型建构在物理学中的作用。 3. 经历探究杠杆平衡条件的过程，基于数据分析得出杠杆的平衡条件，培养获取、处理信息和分析论证的科学探究能力。 4. 了解不同时期杠杆的应用，感受我国古代科技成就，增强民族自信心和自豪。 教材 分析 1. 通过节首图情境引发学生对杠杆的初步观察和思考。节首图体现了本节内容与生活紧密联系，凸显中国传统文化，增强中华民族的文化自信。 2. 分析、归纳日常生活中常见杠杆的共性，抽象出杠杆的模型。 3. 通过实验探究得出杠杆的平衡条件。本实验是课程标准中的探究类学生实验。基本思路是学习运用实验归纳法探究杠杆的平衡条件。交流反思环节旨在加深学生对杠杆处于平衡状态和杠杆平衡条件的理解，同时反思在实验中使杠杆在水平 位置保持平衡的原因。 教学重点 引导学生完成探究杠杆平衡条件的实验。 教学难点 画杠杆的力臂。 教学 器材 铅笔、橡皮、开瓶器、带有刻度的横杆、铁架台（含支架）、弹簧测力计、钩码、细线（或弹簧夹）。 课件。包含视频资料：①视频讲解—《杠杆与杠杆的五要素》；②演示实验—《探究杠杆的平衡条件》；③课堂总结—《杠杆的平衡条件》。 教学过程 导入新课 【教师提问】展示节首图情境，指出此时的船桨可以看作一种最简单的机械—杠杆。杠杆是依据什么原理工作的呢？ 【学生活动】引发对杠杆的初步观察和思考。 学习新课 一、杠杆 1. 什么是杠杆 【学生活动】如图（a）所示，用硬棒（可选择直尺或铅笔）和橡皮撬动课本，观察撬课本的过程。结合生活中的切纸刀、开瓶器（b）（c）等工具，分析这些工具在使用时有什么共同的特点？ 【师生分析】它们的共同特征是：受到力的作用、能绕某一点转动、是一根硬棒。 （2）杠杆： 一根在力的作用下绕固定点转动的硬棒，我们把它叫做杠杆。 2. 描述杠杆的五个要素 【教师讲解】以用木棒撬石头为例进行分析。 （1）描述杠杆特征的“五要素” 支点：杠杆绕着转动的点O； 动力：使杠杆转动的力F1； 阻力：阻碍杠杆转动的力F2； 动力臂：从支点到动力作用线的距离l1； 阻力臂：从支点到阻力作用线的距离l2。 注意：“力的作用线” 是指过力的作用点沿力的方向所画的直线，不是支点到作用点的距离。 （2）透析杠杆五要素 ①支点：一定在杠杆上，可以在杠杆的一端，也可以在杠杆的其他位置；同一杠杆，使用方法不同，支点位置可能改变。 ②动力与阻力：作用点都在杠杆上；分别使杠杆向相反方向转动（选填“相反”或“相同”），动力和阻力是相对的，一般把人对杠杆施加的作用力称为动力。 ③力臂：是支点到力的作用线的距离，不是支点到作用点的距离；力臂不一定在杠杆上（选填“一定”或“不一定”）；若力的作用线过支点，则力臂为0。 3. 力臂的画法 步骤 画法 图示 第一步： 确定支点O 假设杠杆转动，杠杆上相对静止的点即为支点 第二步：确定动力 和阻力的作用线 从动力、阻力作用点沿力的方向（或反方向）分别画直线，即为动力、阻力的作用线 第三步：画出 动力臂和阻力臂 从支点向力的作用线作垂线，支点到垂足间的距离为力臂 【例题1】下列关于杠杆的说法中，正确的是（  D   ） A．杠杆一定是直的 B．若作用在杠杆上的动力方向向上时，阻力方向一定向下 C．杠杆的支点一定在杠杆上，且在杠杆的中间位置 D．杠杆就是一根在力的作用下能绕某一固定点转动的硬棒 【详解】A．杠杆可以是直的或弯曲的，如剪刀是杠杆但形状弯曲，故A错误； B．动力和阻力的方向由支点位置决定，并非必然相反。例如使用剪刀时，对于剪刀中的其中一半而言，动力向上而阻力方向也向上，故B错误； C．支点必须在杠杆上，但位置不一定在中间，如镊子的支点常在一端，故C错误； D．杠杆是“一根在力的作用下能绕固定点转动的硬棒”，故D正确。故选D。 【例题2】如图的开瓶器开启瓶盖时可抽象为一杠杆，不计自重。选项图能正确表示它工作示意图的是（ B ） 【解析】 由题图知，向上用力时，起子围绕左端O转动，因此O为支点。又因为动力F１的方向向上，使杠杆沿逆时针转动，所以阻力F2的方向向下，使杠杆沿顺时针转动。故选B。 【例题3】如图，硬棒OB能绕支点O转动，A处用绳子拉住固定在墙壁上，B处悬挂重物。请画出物体所受的重力G的力臂和拉力F的力臂，分别用 l1和l2表示。 【解析】由支点O向拉力F1的作用线作垂线，则垂线段的长即为拉力F1的力臂l1；重物G对杠杆的拉力，其作用点在杠杆上的B点，方向竖直向下，由支点O向重力的作用线作垂线，即为重力G的力臂l2；如图所示。 【例题4】如图所示，钓鱼竿可视为以O为支点的杠杆，请在B点画出阻力F2，并画出阻力臂l2。 【详解】从B点开始，沿竖直向下的方向画一条带箭头的线段，并在线段末尾标上F2，即为阻力示意图； 从支点O向阻力F2的作用线作垂线，支点到垂足的距离为阻力臂l2。如图所示： 学习新课 二、杠杆的平衡条件 【教师讲解】 1. 杠杆的平衡 （1）杠杆的平衡状态：如果杠杆静止不动或绕支点匀速转动，杠杆就处于平衡状态。 （2）杠杆平衡的实例：托盘天平、杆秤等工具在使用时也可以看作为杠杆，并且在杠杆处于水平静止的状态下完成物体质量的测量。 2. 探究杠杆的平衡条件（学生实验） 【教师引入】跷跷板也可以看作为杠杆。回顾小时候玩跷跷板的情形，你和小伙伴的质量不同，如何使跷跷板保持水平静止呢？ 【提出问题】 把两位小朋友对跷跷板的作用力分别看作动力F1、阻力 F2，相应的动力臂和阻力臂分别为l1、l2。为了使跷跷板保持水平，质量小的小朋友，通常会坐得离支点更远一些；除了改变坐的位置，还可以通过背负重物保持跷跷板水平。 猜想杠杆平衡时，动力、动力臂和阻力、阻力臂之间可能存在什么关系？ 【搜集证据】 （1）器材：带有刻度的横杆、铁架台（含支架）、弹簧测力计、钩码、细线（或弹簧夹）。 （2）方案 ① 如图（a）所示，将带刻度的横杆支在铁架台上，做成一杠杆，调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置保持平衡。 ② 如图（b）所示，将两组钩码分别挂在杠杆的两侧，通过调节钩码的位置，使杠杆在水平位置仍保持平衡。记录动力F1、动力臂l1和阻力F2、阻力臂l2。 改变钩码的个数和位置，重复上述操作。 ③ 如图（c）所示，将一组钩码挂在杠杆上，在同一侧通过细线用弹簧测力计竖直向上拉杠杆，使杠杆在水平位置仍保持平衡。把弹簧测力计对杠杆的拉力作为动力F1，钩码对杠杆的拉力作为阻力 F2，记录动力F1、动力臂 l1 和阻力F2、阻力臂l2。 改变钩码的个数和位置，重复上述操作。 （3）记录 将所有数据记录在表中。 实验序号 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm 1 1.0 30.0 2.0 15.0 2 3.0 5.0 2.0 7.5 3 2.0 10.0 1.0 20.0 【作出解释】 （1）分析：比较表中的数据，分析动力F1、动力臂 l1 和阻力F2、阻力臂l2之间的定量关系。 （2）结论：由上述实验可得，杠杆的平衡条件为： 动力×动力臂=阻力×阻力臂，即F1L1=F2L2。 【交流反思】 （1）如果杠杆静止时不水平，实验结论是否成立？简述理由。 实验结论仍然成立。杠杆处于静止状态或匀速转动状态都叫杠杆平衡，力臂等于支点到力的作用线的距离。当杠杆在水平位置平衡时，力的方向与杠杆垂直，力臂可以从杠杆标尺刻度上直接读出来。如果杠杆静止时不水平，实验结论仍然成立，只是力臂不便于测量。 （2）多次测量获得多组实验数据的目的是避免偶然性，获得普遍性的结论。 （3）在实验前要调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆水平平衡。挂钩码后，不能再调节平衡螺母。 （4）使用弹簧测力计进行实验：在杠杆的一侧挂上钩码作为阻力，通过在其他位置上用弹簧测力计拉住杠杆的办法使杠杆平衡。读出动力F1、阻力F2、动力臂l1、阻力臂l2之，也可获得实验数据。 注意：弹簧测力计一定要沿竖直方向施加力。 如图（a）所示，弹簧测力计沿竖直方向施加力时，力臂l1=10cm，可以直接读出。如图（b）所示，弹簧测力计不沿竖直方向施力，力臂为l2＜10cm，不能直接从杠杆上读出。 3. 杠杆的平衡条件 【师生总结】 （1）杠杆的平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂 公式表示： F1 L1=F2 L2 或 即：动力和阻力之比等于阻力臂和动力臂之比（或阻力和动力之比等于动力臂和阻力臂之比）。 这就是阿基米德发现的杠杆原理。 （2）注意： ①应用公式计算时，单位要统一，即动力和阻力的单位要用牛（N），动力臂和阻力臂的单位要相同（cm或m）。 ②杠杆是否平衡，取决于力和力臂的乘积；若力和力臂的乘积相等就平衡；否则沿着乘积大的那端转动。 【例题5】在“探究杠杆平衡的条件”实验中， （1）如图（a）所示，杠杆静止，这时应该调节右端的 向 （选填“左”或“右”）移动，使杠杆在水平位置平衡，以便能直接从杠杆上读出 的数值； （2）如图（b）所示，挂上钩码后，杠杆静止，这时可以将杠杆右侧的钩码向 移动（选填“左”或“右”），使杠杆再次水平平衡； （3）如图（c）所示，在C点悬挂两个钩码，若在B点施加1牛的拉力，也能使杠杆处于水平平衡，则每个钩码的重力为 N（选填“0.5”、“1”或“2”）。 【答案】 平衡螺母 右 力臂 左 1或0.5 【详解】（1）在调节杠杆时，应移动其两端的平衡螺母，由图（a）可知，杠杆的右端较高，平衡螺母应向右端移动使杠杆在水平位置平衡，便于直接从杠杆上读出力臂的数值。 （2）[4]如图（b）所示，挂上钩码后，杠杆静止，杠杆的右边较低，可以将杠杆右侧的钩码向左边移动，使杠杆再次水平平衡。 （3）[5]如图（c）所示，在C点悬挂两个钩码，在B点施加1牛的拉力，也能杠杆处于水平平衡，设一钩码重为G，杠杆一格为L，根据杠杆平衡条件可知2G×L=1N×2L 解得G=1N 即每个钩码的重力为1N。此种情况默认在B点的拉力是竖直向上的，若在B点施加与杠杆夹角30°的斜向上的力，此时的拉力力臂为L，则有2G'×L=1N×L 解得G'=0.5N 因题干中未说明拉力方向，故若在B点施加1牛的拉力，也能使杠杆处于水平平衡，则每个钩码的重力可能为1N或0.5N。 【例题6】小明用如图所示装置探究杠杆平衡条件，实验中杠杆始终保持水平平衡。此时弹簧测力计处于竖直方向，他发现弹簧测力计示数稍稍超过量程。为了完成实验，下列方案可行的是（    D  ） A．钩码的数量适当增加 B．钩码的位置适当左移 C．弹簧测力计转到图中虚线位置 D．弹簧测力计位置适当向左平移 【答案】D 【详解】A．钩码的数量适当增加，阻力增大，阻力臂、动力臂不变，根据杠杆平衡的条件可知，动力增大，即弹簧测力计示数增大，不可行，故A不符合题意； B．钩码的位置适当左移，阻力臂增大，阻力、动力臂不变，根据杠杆平衡的条件可知，动力增大，即弹簧测力计示数增大，不可行，故B不符合题意； C．弹簧测力计转到图中虚线位置，动力臂减小，阻力臂、阻力不变，根据杠杆平衡的条件可知，动力增大，即弹簧测力计示数增大，不可行，故C不符合题意； D．弹簧测力计位置适当向左平移，动力臂增大，阻力臂、阻力不变，根据杠杆平衡的条件可知，动力减小，即弹簧测力计示数减小，可行，故D符合题意。 故选D。 【例题7】如图所示，体重约600 N的同学在水平地面上做俯卧撑，A点为其重心。试计算该同学处于图示静止状态时，地面对他双手作用力的大小。 【答案】480N 【详解】可将该同学看作为一个绕脚与地面接触点转动的平衡杠杆，如图所示。将人受到的重力看作阻力F2=G=600 N，阻力臂l2=1.2m；地面对手的作用力可看作动力F1，动力臂l1=0.3m+1.2m=1.5m。 由杠杆的平衡条件可知F1l1=F2l2，则地面对手的作用力 课堂练习 1. 如图所示是用撬棒撬石头的情景，下列关于该撬棒使用时的杠杆示意图正确的是（ ） 【答案】A 【详解】A．该图正确表示了支点O，动力F1和阻力F2的方向均竖直向下，动力臂l1和阻力臂l2分别是从支点到动力作用线和阻力作用线的垂直距离，故A正确； B．阻力F2是石头对杠杆的力，方向应竖直向下，图中F2方向向上，故B错误； C．动力臂l1和阻力臂l2应为从支点到力的作用线的垂直距离，图中画的不是垂直距离，故C错误； D．动力臂l1和阻力臂l2应为从支点到力的作用线的垂直距离，而不是沿杠杆的长度，故D错误。 2. 如图所示，作用在A点上的4个力中，力臂最长的是（　　） A．F1 B．F2 C．F3 D．F4 【答案】B 【详解】在杠杆中，力臂是指从支点到力的作用线的垂直距离。由图可知，F2与杠杆垂直，其力臂等于OA的长，F1、F3与杠杆不垂直，力臂小于OA的长，F4的作用线过支点，力臂为零，故F2的力臂最长。故选B。 3. 如图所示为等刻度的轻质杠杆，在A处挂一个重为4牛的物体，若要使杠杆在水平位置平衡，则在B处施加的力（　　） A．可能是1N B．一定是2N C．一定是4N D．可能是4N 【答案】D 【详解】设杠杆一格长为L，当力作用在B点使杠杆平衡时，在B处施加竖直向下的力，由杠杆平衡条件得到G×2L=F×4L，此时B处施加的力的大小为F= G /2 =4N /2=2N 阻力和阻力臂不变，当作用在B点的力没有竖直向下时，力臂变短，力变大，由杠杆平衡条件得，作用在B点的力大于2N，则力作用在B点使杠杆平衡，FB≥2N，故D符合题意，ABC不符合题意。 4. 如图所示，剪刀使用时可以视为杠杆，支点为O。 （1）小明在剪较厚的纸时，手在A点向下用力为F1，在图中画出F1对应的力臂L1，以及B点所受阻力F2； （2）小明发现随着纸被剪开，阻力作用点会移至C点，在此过程中，F1的大小______。 A．变大 B．不变 C．变小 【答案】（1）见下图；（2）A 【详解】（1）由图可见，当用力F1时，剪刀将沿顺时针方向转动，所以B点所受阻力F2的方向应为向下，力臂是从支点到力的作用线的垂直距离，过O点作力F1作用线的垂线段，即为F1对应的力臂L1，如图所示： （2）随着纸被剪开，阻力作用点会由B点移至C点，此时阻力臂变大，根据杠杆的平衡条件F1L1= F2L2可知，动力F1的大小将变大。故A符合题意，BC不符合题意。故选A。 5. 如图所示是一款轻质悬挂式晾衣杆，OA为晾衣杆，AB为悬线，已知悬线能承受的最大拉力为20N，在悬线拉力F1作用下，晾衣杆保持水平平衡。已知OA=1m，OC=0.5m，在C点悬挂衣物的质量为2kg，求： （1）悬线拉力F1的大小； （2）若想将悬挂衣服的位置移至A点，请通过计算判断是否可行。 【答案】（1）19.6N；（2）不可行，见解析 【详解】（1）作出拉力F1的力臂如下图所示，拉力的力臂为 在C点悬挂衣物的重力为G=mg=2kg×9.8N/kg=19.6N 根据杠杆平衡条件可得F1l1=Gl2 带入数据为F1×0.5m=19.6N×0.5m 解得F1=19.6N （2）若将悬挂衣服的位置移至A点，根据杠杆平衡可得F1' l1=Gl2' 带入数据可得F1'×0.5m=19.6N×1m 解得F1'=39.2N，已知悬线能承受的最大拉力为19.6N，因此不可行。 6. 在“探究杠杆的平衡条件”实验中， （1）实验前，杠杆静止在如图所示的位置，此时杠杆 平衡状态（选填“处于”或“不处于”）。为了方便实验，应使杠杆在 位置平衡，其目的是为了 。 （2）小宝同学猜想杠杆平衡条件可能是“动力+动力臂=阻力+阻力臂”。经过实验，得到表中数据： 动力F1（N） 动力臂l1 (cm) 阻力F2（N） 阻力臂l2 (cm) 4 5 5 4 分析表中数据，可知小宝的猜想是正确的，即杠杆的平衡条件是：动力+动力臂=阻力+阻力臂。你认为小宝的实验存在的问题是 。 【答案】（1）处于，水平，直接读出力臂大小；（2）只进行了一次实验，实验结论具有偶然性 【详解】（1）杠杆的平衡状态包括静止状态或匀速转动状态，实验前，杠杆静止，所以此时杠杆处于平衡状态。 实验时钩码提供的重力方向竖直向下，当杠杆水平位置平衡时，杠杆与重力方向垂直，此时力臂刚好等于杠杆上对应的长度，力臂可以直接读出，故当杠杆水平位置平衡时，便于直接读出力臂的大小。 （2）表中数据中，只有一组数据，即只进行了一次实验，则实验结论不准确，具有偶然性。 板书设计 第1节 杠杆 一、杠杆 1. 定义：在力的作用下，能绕固定点转动的硬棒，叫做杠杆。 2. 杠杆的五要素：支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂。 3. 画力臂的方法： ①一找支点；②二画线（力的作用线）；③三作垂线段；④四标签。 二、杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂 F1l1＝F2l2 课堂总结 本节的主要内容和行文逻辑是： 1. 通过节首图情境引发学生对杠杆的初步观察和思考。 2. 分析、归纳日常生活中常见杠杆的共性，抽象出杠杆的模型。 3. 通过实验探究得出杠杆的平衡条件。 4. 学会运用杠杆的平衡条件解决实际问题。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $