八年級物理下冊 第十二章第一節(jié) 杠桿

第十二章第一節(jié) 杠桿鹽山縣邊務(wù)鄉(xiāng)中學(xué) 劉文艷新課導(dǎo)入古希臘科學(xué)家阿基米德曾經(jīng)說過：“給我一個(gè)支點(diǎn)和一根足夠長的桿，我就能撬起地球”。你知道這句豪言壯語中蘊(yùn)含的科學(xué)道理嗎？學(xué)完本節(jié)課你就會(huì)明白了。下面我們學(xué)習(xí)第十二章第一節(jié)杠桿。出示目標(biāo)：認(rèn)知目標(biāo)1.認(rèn)識杠桿和有關(guān)杠桿的幾個(gè)概念。 2.能從常見工具和簡單機(jī)械中識別杠桿。 3.知道杠桿的平衡條件。能力目標(biāo) 培養(yǎng)學(xué)生的分析能力。情感目標(biāo) 培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。新課講解：1、 杠桿仔細(xì)觀察圖中的幾幅畫，找出它們的共同特征。圖中物體是否受到力的作用？若受力，力的作用效果是什么？圖中物體的共同特征是都受到力的作用，在力的作用下繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，但物體都沒有發(fā)生形變也就是說這些物體材質(zhì)較硬。我們把具有這些特征的簡單機(jī)械叫做杠桿。在力的作用下，能繞某一固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒叫做杠桿。想一想，現(xiàn)實(shí)生活中，你還能舉出哪些杠桿實(shí)例呢？在了解杠桿的作用之前，我們先熟悉幾個(gè)名詞。支點(diǎn)：杠桿可以繞其轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)，用字母“O”表示。杠桿的支點(diǎn)一定在杠桿上，在杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，支點(diǎn)是相對固定的。支點(diǎn)可以在杠桿的一端，也可以在杠桿的其他位置。同一杠桿，使用方法不同，支點(diǎn)的位置也可能不同。動(dòng)力：使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力，用字母“F1”表示。阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力，用字母“F2”表示。動(dòng)力和阻力都是杠桿受到的力，是相對而言的，一般情況下，把人施加給杠桿的力或使杠桿按照人的意愿轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫動(dòng)力，而把阻礙杠桿按照需要方向轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫阻力。力的大小、方向、作用點(diǎn)，叫做力的三要素，都會(huì)影響力的作用效果。當(dāng)力施加在杠桿上時(shí)，力的三要素就會(huì)影響到杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)效果，另外，支點(diǎn)的位置也會(huì)影響到杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)效果，為了反映力的方向、作用點(diǎn)及杠桿的支點(diǎn)對杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)效果的影響，引入一個(gè)新的概念力臂，即從支點(diǎn)到力的作用線的距離。力臂又分動(dòng)力臂和阻力臂。動(dòng)力臂：從支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離，用字母“L1”表示。阻力臂：從支點(diǎn)到阻力作用線的距離，用字母“L2”表示。力臂有時(shí)在杠桿上，有時(shí)不在杠桿上，如果力的作用線恰好通過支點(diǎn)，則力臂為零。支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂、阻力臂合稱杠桿的五要素。介紹力臂的畫法：第一步，先確定支點(diǎn)，即杠桿繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的固定點(diǎn)。第二步，將力的作用線用虛線正向或反向延長。（為下面畫垂線，確定垂足的位置做準(zhǔn)備）第三步，畫出力臂，由支點(diǎn)向力的作用線作垂線，從支點(diǎn)到垂足的距離就是力臂，并標(biāo)明動(dòng)力臂與阻力臂的符號“L1”L2”。力臂的三種表達(dá)方式， 1 、 L 2 、 L 3、 L 力臂的作圖可以用簡單的順口溜來記憶。一定點(diǎn)（支點(diǎn)），二畫線（力的作用線），三從點(diǎn)（支點(diǎn)）向線（力的作用線）引垂線，力臂長同此線段（支點(diǎn)到垂足）。練習(xí)： 畫出下圖中動(dòng)力臂L1和阻力臂L2. F 2 杠桿的平衡條件如果物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，我們就說物體處于平衡狀態(tài)。同理，在力的作用下，杠桿保持靜止或繞支點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，我們就說杠桿處于平衡狀態(tài)。在杠桿的使用中，杠杠的平衡狀態(tài)是一種非常重要的狀態(tài)，杠桿滿足什么條件時(shí)才會(huì)平衡呢？下面我們通過實(shí)驗(yàn)探究一下。為了測量的方便我們探究杠桿在靜止時(shí)滿足的條件。（一）提出問題：杠桿平衡時(shí)，動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂、阻力臂之間存在什么關(guān)系？（提出的問題是針對實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡?，即影響杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的因素間存在什么關(guān)系，哪些因素會(huì)影響杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)效果？是F1、F2、L1和L2）（二）猜想與假設(shè)：假設(shè)1：F1+L1=F2+L2假設(shè)2：F1L1=F2L2假設(shè)3：F1L1=F2L2假設(shè)4：F1L1=F2L2（三）制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：介紹實(shí)驗(yàn)裝置，讓學(xué)生判斷此裝置是否可以看作是杠桿？分析杠桿的受力情況:重力、支持力、摩擦力、兩端鉤碼的拉力。支持力和摩擦力的作用點(diǎn)都在支點(diǎn)處，對杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)不起作用。重力的作用點(diǎn)在重心，重心和支點(diǎn)不一定重合，如果重心和支點(diǎn)重合，那么杠桿自身的重力也會(huì)對杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)不起作用。那么，什么情況下重心會(huì)和支點(diǎn)重合？調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在不掛鉤碼時(shí)，保持水平并靜止，即可做到重心和支點(diǎn)重合。影響杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力只有鉤碼對杠桿的作用力，大小等于各自鉤碼的重力，方向豎直向下，對應(yīng)的力臂在水平方向，為了方便力臂的測量，可以使力臂落在杠桿上，那么實(shí)驗(yàn)時(shí)我么就要調(diào)節(jié)鉤碼的數(shù)量和位置，使杠桿在水平位置平衡，以便從帶有刻度的杠桿上直接讀出力臂的大小。在探究杠桿的平衡條件時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)至少測量三組，這樣才能使得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有說服力，避免偶然性。（4） 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟：1、 調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在不掛鉤碼時(shí)，保持水平并靜止。2、 在杠桿兩邊掛上不同數(shù)量的鉤碼，調(diào)節(jié)鉤碼的位置，使杠桿重新在水平位置平衡。把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表中。3、 改變鉤碼數(shù)量或位置，重復(fù)上面的步驟，然后把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表中。4、 求出各次實(shí)驗(yàn)中動(dòng)力動(dòng)力臂和阻力阻力臂的值，然后思考杠桿的平衡條件。實(shí)驗(yàn)次數(shù)動(dòng)力F1/N動(dòng)力臂l1/m動(dòng)力動(dòng)力臂阻力F2/N阻力臂l2/m阻力阻力臂123（5） 得出結(jié)論：經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)：每一組的動(dòng)力和動(dòng)力臂的乘積與阻力和阻力臂的乘積都相等。歸納總結(jié)：杠桿的平衡條件是：動(dòng)力動(dòng)力臂阻力阻力臂或?qū)懽鳎?F1L1 F2L2即：杠桿的平衡取決于力和力臂的乘積。這個(gè)平衡條件是阿基米德發(fā)現(xiàn)的，又叫做阿基米德杠桿原理。（六）交流與合作1、杠桿兩端可調(diào)節(jié)的平衡螺母，起什么作用?答：平衡螺母調(diào)節(jié)杠桿自身的平衡。2、為什么要求杠桿在水平位置靜止?答：力臂的數(shù)值在杠桿上可以直接讀出或量出。3、掛鉤碼后，能不能再調(diào)節(jié)平衡螺母？答：不能。下面我們利用杠桿的平衡條件解決一些簡單的實(shí)際問題，應(yīng)用公式計(jì)算時(shí)，單位要統(tǒng)一，即動(dòng)力和阻力的單位要統(tǒng)一，動(dòng)力臂阻力臂的單位要統(tǒng)一。例題 據(jù)杭州日報(bào)報(bào)道，2001年6月22日，在杭州動(dòng)物園內(nèi)，一位物理老師利用杠桿原理，僅用小小的彈簧測力計(jì)就測出了一頭大象的質(zhì)量。測量時(shí)利用了一根長度為12米的槽鋼作為杠桿。（如圖）吊鉤固定于槽鋼的中點(diǎn)O.當(dāng)槽鋼水平靜止時(shí)，彈簧測力計(jì)示數(shù)F1為200N.測得l1為6m，l2為4cm。若不計(jì)籠重，請估算大象的質(zhì)量。g取10N/kg.解析：ol1=6 ml2=4 cmF1=200 NF2提取題目中的有效信息，畫出杠桿示意圖。一根長度為12米的杠桿，支點(diǎn)在杠桿的中點(diǎn)，杠桿在水平位置靜止時(shí)，動(dòng)力F1為200N，L1為6米，L2為4厘米，不計(jì)籠重，估算大象的質(zhì)量。根據(jù)杠桿原理F1L1 F2L2可以求出F2的大小，F(xiàn)2大小等于大象的重力，進(jìn)一步即可求出大象的質(zhì)量。解：根據(jù)杠桿的平衡條件F1l1F2l2 ，有：200 N6mF1l1=0.04m=F2l2=3104 N3104 NF2=Gg10 N/kgg=m=3103 kg = 3 t大象的質(zhì)量是3t3、 課堂小結(jié)1.學(xué)習(xí)了杠桿、支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂、阻力臂等概念。2.杠桿平衡條件： 動(dòng)力動(dòng)力臂=阻力阻力臂 (文字表達(dá)式) F1L1=F2L2 (數(shù)學(xué)表達(dá)式)1.找出下列各圖中動(dòng)力和阻力，