八年級(jí)物理下冊(cè)【第十二章 簡(jiǎn)單機(jī)械】第1節(jié) 杠桿-第1課時(shí) 杠桿及其平衡條件（導(dǎo)學(xué)案）

第十二章簡(jiǎn)潔機(jī)械本章是在前面學(xué)習(xí)過力學(xué)的基礎(chǔ)上，研究杠桿、滑輪等簡(jiǎn)潔機(jī)械，并進(jìn)一步研究簡(jiǎn)潔機(jī)械的機(jī)械效率.通過本章學(xué)習(xí)，我們應(yīng)當(dāng)對(duì)力學(xué)學(xué)問獲得進(jìn)一步理解：能從常見工具和器械中識(shí)別出杠桿和滑輪，知道杠桿、滑輪的特點(diǎn)和應(yīng)用，會(huì)使用簡(jiǎn)潔機(jī)械轉(zhuǎn)變力的大小和方向，能正確計(jì)算簡(jiǎn)潔機(jī)械的機(jī)械效率.本章可以分為兩個(gè)部分，第一部分是第1、2節(jié)，學(xué)習(xí)杠桿、滑輪和其他一些簡(jiǎn)潔機(jī)械.第二部分是第3節(jié)，機(jī)械效率、探究簡(jiǎn)潔機(jī)械的機(jī)械效率和提高機(jī)械效率的方法.本章共分3節(jié)：1.第1節(jié)“杠桿”，本節(jié)敘述了杠桿的概念和分類，要求學(xué)生能從生活中的簡(jiǎn)潔機(jī)械中識(shí)別出杠桿；本節(jié)有一個(gè)重要的試驗(yàn)“探究杠桿的平衡條件”，在教學(xué)中不僅要使學(xué)生通過探究活動(dòng)得到結(jié)論性、規(guī)律性的學(xué)問，而且要通過探究活動(dòng)把握初步的科學(xué)探究方法.其中重點(diǎn)要學(xué)習(xí)怎樣提出科學(xué)的猜想設(shè)計(jì)試驗(yàn)表格，培育收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)的能力.2.第2節(jié)“滑輪”，本節(jié)敘述了定滑輪、動(dòng)滑輪的概念、特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)，并進(jìn)一步學(xué)習(xí)了滑輪組的特點(diǎn)和組裝，最終引導(dǎo)學(xué)生初步了解斜面和輪軸.本節(jié)也有一個(gè)重要的試驗(yàn)探究“研究定滑輪和動(dòng)滑輪的特點(diǎn)”，這個(gè)試驗(yàn)探究讓學(xué)生邊思考邊操作，自己摸索，學(xué)會(huì)安裝滑輪，總結(jié)出兩種滑輪的特點(diǎn).3.第3節(jié)“機(jī)械效率”，本節(jié)是在學(xué)習(xí)了功、功率的計(jì)算的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生理解有用功、總功的概念并把握機(jī)械效率的計(jì)算，知道實(shí)際提高機(jī)械效率的方法..【教學(xué)目標(biāo)】1.在學(xué)問與技能方面：①認(rèn)識(shí)杠桿、識(shí)別杠桿的類型，理解杠桿的平衡條件.②認(rèn)識(shí)定滑輪、動(dòng)滑輪，并能通過組裝滑輪組轉(zhuǎn)變力的大小和方向，解決簡(jiǎn)潔的實(shí)際問題.③理解有用功、額外功、總功和機(jī)械效率的概念，理解額外功產(chǎn)生的緣由，知道機(jī)械效率η<1，會(huì)正確進(jìn)行有關(guān)機(jī)械效率的計(jì)算.2.在過程與方法方面：探究杠桿的平衡條件，學(xué)習(xí)分析試驗(yàn)現(xiàn)象，查找數(shù)據(jù)間的規(guī)律，歸納出試驗(yàn)結(jié)論的一般方法；親自動(dòng)手組裝滑輪組，體會(huì)滑輪組的好處；通過參與探究斜面機(jī)械效率的活動(dòng)，學(xué)習(xí)擬訂簡(jiǎn)潔的科學(xué)計(jì)劃和試驗(yàn)方案.3.在情感態(tài)度與價(jià)值觀方面：在試驗(yàn)中培育學(xué)生具有對(duì)科學(xué)的求知欲，樂于探究自然現(xiàn)象和日常生活中的物理學(xué)道理，有將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于日常生活、社會(huì)實(shí)踐的意識(shí).【教學(xué)重點(diǎn)】杠桿的平衡條件，滑輪及其應(yīng)用；有用功、額外功、總功和機(jī)械效率的概念和相關(guān)計(jì)算、提高機(jī)械效率的方法.【教學(xué)難點(diǎn)】運(yùn)用杠桿平衡條件進(jìn)行計(jì)算，滑輪組的組裝和省力分析，測(cè)斜面和滑輪組、杠桿等機(jī)械效率的方法.【課時(shí)建議】本章共有3節(jié)，建議6課時(shí)：第1節(jié)杠桿 2課時(shí)第1課時(shí)杠桿的初步認(rèn)識(shí)及平衡條件第2課時(shí)杠桿的分類和綜合運(yùn)用第2節(jié)滑輪 1課時(shí)第3節(jié)機(jī)械效率 2課時(shí)第1課時(shí)認(rèn)識(shí)機(jī)械效率第2課時(shí)探究機(jī)械效率本章復(fù)習(xí)和總結(jié) 1課時(shí)1.觀察法：留意觀察日常生活中使用的簡(jiǎn)潔機(jī)械，通過生活閱歷以及具體事件的分析，加深對(duì)簡(jiǎn)潔機(jī)械的理解；2.試驗(yàn)探究法：本章三節(jié)試驗(yàn)探究?jī)?nèi)容分別是：探究杠桿的平衡條件；研究定滑輪、動(dòng)滑輪、滑輪組的特點(diǎn)；測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率并探究其影響因素.第1節(jié)杠桿第1課時(shí)杠桿及其平衡條件課題杠桿的初步認(rèn)識(shí)及平衡條件課型新授課教學(xué)目標(biāo)學(xué)問與技能1．認(rèn)識(shí)杠桿，了解關(guān)于杠桿的五要素（支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂、阻力臂）.2．理解杠桿的平衡條件，并會(huì)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算.過程與方法1.通過觀察和試驗(yàn)，了解杠桿的結(jié)構(gòu)，具有確定的觀察能力、分析和概括能力.2.經(jīng)歷探究杠桿平衡條件的過程，學(xué)習(xí)分析試驗(yàn)現(xiàn)象，查找數(shù)據(jù)間的規(guī)律，從中歸納出試驗(yàn)結(jié)論的一般方法.情感、態(tài)度與價(jià)值觀1.關(guān)心生活、生產(chǎn)中杠桿的應(yīng)用.2.培育學(xué)生探究合作交流的精神，以及在交流與討論中所持的正確態(tài)度.教學(xué)重點(diǎn)杠桿的平衡條件，杠桿的結(jié)構(gòu).教具預(yù)備預(yù)備多媒體課件.教學(xué)難點(diǎn)力臂的概念及畫法，變形杠桿的分析.教學(xué)課時(shí)1課時(shí)課前預(yù)習(xí)1.在力的作用下繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒叫杠桿.2.杠桿繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的固定點(diǎn)叫做支點(diǎn)，使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫動(dòng)力，阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫阻力，支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離叫動(dòng)力臂，支點(diǎn)到阻力作用線的距離叫阻力臂.3.當(dāng)杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，我們就說杠桿平衡了.4.杠桿平衡條件：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂，即F1×l1=F2×l2.鞏固復(fù)習(xí)老師引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)上一節(jié)內(nèi)容，并講解學(xué)生所做的課后作業(yè)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)學(xué)問的鞏固.新課導(dǎo)入老師播放視頻：關(guān)于撬棒、開瓶器、蹺蹺板、鑷子、剪刀等物品在生產(chǎn)、生活中工作的情景.然后引導(dǎo)學(xué)生觀察，并提出問題：在生產(chǎn)、生活中，這些工具起到了什么作用？它們有什么共同特點(diǎn)？學(xué)生觀看，思考、討論，回答：它們都是硬棒，這些硬棒在受力的時(shí)候，都能繞著一個(gè)固定的點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng).老師鼓舞學(xué)生的回答，并引出杠桿的概念.板書：一根硬棒，在力的作用下能繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，這根硬棒就叫做杠桿.下面我們就一起來認(rèn)識(shí)并探究杠桿.進(jìn)行新課學(xué)問點(diǎn)1杠桿的認(rèn)識(shí)在我們生活中用到杠桿的地方許多，請(qǐng)同學(xué)們思考：（1）為什么杠桿必需是根“硬棒”？（2）杠桿必需是“直棒”嗎？進(jìn)行新課生1：假如杠桿不“硬”，在力的作用下它將很簡(jiǎn)潔發(fā)生形變，不能工作，因此杠桿必需是硬棒.生2：杠桿定義中的硬棒指的是“不易變形”的物體，所以杠桿不愿定是直棒，其樣子可異.老師總結(jié)：一根硬棒能成為杠桿必需滿意兩個(gè)條件：一是要有力的作用，二是能繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，缺少任何一個(gè)條件都不能成為杠桿，杠桿可以是直的也可以是彎曲的，還可以是某個(gè)機(jī)械組合的一部分.為了進(jìn)一步了解杠桿，我們先來熟悉幾個(gè)與杠桿有關(guān)的名詞（老師用多媒體展示課件“杠桿的五要素、杠桿力臂的作法”，并進(jìn)行講解）.杠桿的五要素、杠桿力臂的作法（多媒體課件）1.杠桿的五要素：（如下圖）（1）支點(diǎn)：杠桿繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的固定點(diǎn)，常用O表示.（2）動(dòng)力：使杠桿繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的力，常用F1表示.（3）阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力，常用F2表示.（4）動(dòng)力臂：從支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離，常用l1表示.（5）阻力臂：從支點(diǎn)到阻力作用線的距離，常用l2表示.2.力臂的作法：力臂是支點(diǎn)到力的作用線的距離，即支點(diǎn)到力的作用線的垂線段的長.作力臂的一般方法為：（1）找出支點(diǎn)并用O標(biāo)出來；（2）通過力的作用點(diǎn)畫出力的作用線（一般用虛線）；（3）過支點(diǎn)O向力的作用線作垂線，用符號(hào)標(biāo)出垂足；（4）用花括號(hào)或兩端帶箭頭的線段標(biāo)出支點(diǎn)到垂足的距離，寫上相應(yīng)的符號(hào)（l1或l2），即為該力的力臂.例題1(用多媒體展示)如圖甲所示，是一個(gè)Z形杠桿，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出力F對(duì)支點(diǎn)O的力臂l.解析：作力臂的步驟是：①找支點(diǎn)；②找力的作用線，即過力的作用點(diǎn)沿力的方向畫一條直線（有的在圖中已經(jīng)標(biāo)出力的方向）；③過支點(diǎn)作力的作用線的垂線段,標(biāo)上垂足；④標(biāo)上反向箭頭或用花括號(hào)括起來，并在其旁邊寫上l1或l2.答案：如圖乙所示.杠桿的平衡條件老師播放課件：使用杠桿搬動(dòng)巨大石塊的情景.請(qǐng)大家觀看，同時(shí)提出問題：為什么借助杠桿可以完成呢？學(xué)生思考、討論，回答：杠桿可以省力.同學(xué)們回答正確，很棒！但到底滿意什么規(guī)律呢？好，下面我們來探究杠桿的平衡滿意什么條件.老師引入杠桿平衡的概念：板書：杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)或繞支點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)都叫杠桿平衡.老師請(qǐng)一位同學(xué)演示用不同的方式推門的效果：①在門把手四周用力推門；②學(xué)問拓展：支點(diǎn)確定在杠桿上，而力臂不愿定在杠桿上;動(dòng)力和阻力的作用點(diǎn)都在杠桿上.在門軸四周用力推門；③在同一位置沿不同的方向推門.并要求這位同學(xué)說出感受.老師引導(dǎo)學(xué)生提出猜想：推門時(shí)需要的動(dòng)力可能與動(dòng)力臂的長短有關(guān)，動(dòng)力臂越長，需要的動(dòng)力可能越小.老師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行試驗(yàn)“探究杠桿的平衡條件”：（1）小組討論提出問題，作出猜想；（2）討論并設(shè)計(jì)合理的試驗(yàn)方案；（3）進(jìn)行試驗(yàn)，收集數(shù)據(jù)；（4）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出結(jié)論；（5）討論試驗(yàn)中毀滅的問題.設(shè)計(jì)表格（供參考）師當(dāng)杠桿在動(dòng)力和阻力的作用下靜止時(shí)，我們就說杠桿平衡了.在我們這個(gè)試驗(yàn)中第一步應(yīng)當(dāng)把杠桿在水平位置上調(diào)平，為什么這樣做，請(qǐng)同學(xué)們思考一下（解釋緣由）.請(qǐng)同學(xué)們觀察一下，如何才能達(dá)到這一目的呢？生：調(diào)平緣由：為了保持杠桿初始處于平衡狀態(tài)，測(cè)量力臂便利.我們可以通過調(diào)節(jié)平衡螺母使杠桿平衡.師那么在做試驗(yàn)的過程中能否再去調(diào)節(jié)杠桿的平衡螺母呢？生：不能.師為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，我們把支點(diǎn)右邊的鉤碼當(dāng)動(dòng)力，支點(diǎn)左邊的鉤碼當(dāng)阻力.在這三次試驗(yàn)中同學(xué)們可任意的取三次值，讓杠桿達(dá)到平衡.每四人一組，每組出一名同學(xué)負(fù)責(zé)隨時(shí)記錄數(shù)據(jù).好，現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們參照教材P77的試驗(yàn)步驟開始做試驗(yàn).同學(xué)們能否找出一個(gè)規(guī)律來？生：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂.師對(duì)，這就是我們這一節(jié)課要研究的杠桿平衡條件.板書：杠桿的平衡條件：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂.用字母表示，這個(gè)公式可以寫成：F1l1=F2l2老師總結(jié)：這個(gè)平衡條件就是阿基米德發(fā)覺的杠桿原理，這個(gè)關(guān)系式也可以寫成下面的形式：.也就是說，當(dāng)阻力和阻力臂確定時(shí)，所用的動(dòng)力與動(dòng)力臂成反比.即動(dòng)力臂越大，所用的力就越小，這也就可以解釋為什么我們可以用較小的力產(chǎn)生較大的力了.例題2如圖所示，一根木棒AB在O點(diǎn)被懸掛起來，AO=OC，在A、C兩點(diǎn)分別掛有兩個(gè)和三個(gè)相同的鉤碼，木棒處于水平平衡.假如在木棒的A、C兩點(diǎn)各增加一個(gè)同樣的鉤碼，則木棒（）A.繞O點(diǎn)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)B.繞O點(diǎn)逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)C.仍保持平衡D.平衡被破壞，轉(zhuǎn)動(dòng)方向不定解析：由題意知，杠桿重心應(yīng)在O點(diǎn)左側(cè)，設(shè)一個(gè)鉤碼自重為G，杠桿重力的力臂為lO,杠桿重力為GO,AO=OC=l，則有：2G×AO+GO×lO=3G×OC,即2GL+GOlO=3Gl，所以GOlO=Gl；兩邊再各加一個(gè)鉤碼后：左邊=3G×AO+GOlO=3Gl+GOlO=3Gl+Gl=4Gl,右邊=4G×OC=4Gl，因?yàn)閮蛇吜土Ρ鄣某朔e相等，所以杠桿平衡.答案：C教學(xué)板書課堂小結(jié)通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們共同學(xué)習(xí)了杠桿的相關(guān)學(xué)問，知道了一個(gè)硬棒在力的作用下能繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，我們就說它是杠桿.我們也了解了杠桿的特點(diǎn)、好處，最重要的是我們探究了杠桿的平衡條件，還能夠依據(jù)杠桿的平衡條件進(jìn)行分析、推斷和簡(jiǎn)潔計(jì)算，解決實(shí)際生產(chǎn)、生活中的一些問題.教材習(xí)題解答動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理（P80）2.在圖12.1-6中分別畫出鉗子、自行車手閘這兩個(gè)杠桿（圖中深色部分）工作時(shí)的支點(diǎn)、動(dòng)力和動(dòng)力臂、阻力和阻力臂.4.搬運(yùn)磚頭的獨(dú)輪車，車箱和磚頭所受的總重力G=1000N，獨(dú)輪車的有關(guān)尺寸如圖12.1-8所示.推車時(shí)，人手向上的力F應(yīng)為多大？2.解答：如圖所示：解析：鉗子是由兩個(gè)杠桿組合而成，分析下面那個(gè)杠桿AOB，找出支點(diǎn)O，動(dòng)力作用點(diǎn)A及阻力作用點(diǎn)B，應(yīng)用杠桿的平衡條件分析，知道動(dòng)力和阻力的作用方向都是向上的，然后分別作出動(dòng)力臂和阻力臂，同理可分析得出自行車手閘的示意圖.4.解答：例題3如圖所示，利用鐵架臺(tái)、帶有刻度的杠桿、細(xì)線、數(shù)量足夠的鉤碼等試驗(yàn)器材探究杠桿的平衡條件.特別?????提示：杠桿在水平位置平衡，此時(shí)杠桿自身重力的力臂為零.杠桿自身重力對(duì)杠桿平衡不產(chǎn)生影響，且力臂大小可直接從杠桿上讀出，測(cè)量非常便利.教材習(xí)題解答（1）試驗(yàn)前杠桿如圖所示，為使杠桿處在平衡狀態(tài)，應(yīng)將螺母B向（選填“左”或“右”）調(diào).（2）記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格如下表，請(qǐng)將表頭欄目、試驗(yàn)所記錄的數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整.解析:（1）試驗(yàn)前沒有掛鉤碼時(shí)，應(yīng)使杠桿在水平位置平衡，這樣可以盡量削減杠桿自重對(duì)試驗(yàn)的影響，另外便于直接從杠桿的刻度尺上讀取力臂.依據(jù)“右高右調(diào)，左高左調(diào)”的原則，杠桿右端高，應(yīng)將杠桿右端的平衡螺母B向右調(diào).因?yàn)橛绊懜軛U平衡的因素有動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂、阻力臂四個(gè)因素，所以記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格中應(yīng)有這四項(xiàng)內(nèi)容，故①空處應(yīng)填寫“動(dòng)力F1/N”，②空處應(yīng)填寫“阻力臂l2/m”，依據(jù)杠桿的平衡條件F1l1=F2l2可知第2次試驗(yàn)中有4N×0.4m=8N×l2,則阻力臂l2=0.2m，第3次試驗(yàn)中有5N×l1=6N×0.25m，則動(dòng)力臂l1=0.3m.答案：（1）水平右（2）①動(dòng)力F1/N②阻力臂l2/m③0.2④0.3布置作業(yè)：老師引導(dǎo)學(xué)生課后完成本課時(shí)對(duì)應(yīng)練習(xí)，并提示學(xué)生預(yù)習(xí)下一課時(shí)的內(nèi)容。教學(xué)反思1.杠桿這節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)是要求學(xué)生能依據(jù)杠桿的五要素把生活中的杠桿模型和抱負(fù)的理論模型結(jié)合起來，比如剪刀、夾菜的筷子、指甲剪等.這節(jié)有一個(gè)重點(diǎn)也是難點(diǎn)：找支點(diǎn)和作力臂，這里既牽扯到數(shù)學(xué)中點(diǎn)到直線的距離，又涉及物理中力的作用點(diǎn)和力的示意圖，學(xué)生感到非常困難.突破重難點(diǎn)的方法，通過實(shí)例演示，引導(dǎo)學(xué)生分析，提煉方法步驟：一（支）點(diǎn)二力和方向，延長力的作用線，過（支）點(diǎn)作垂線（段）.畫力臂并比較力臂大小是下一課時(shí)杠桿分類的基礎(chǔ)，確定要多練并讓學(xué)生過關(guān).2.在杠桿的平衡條件的探究試驗(yàn)中，引導(dǎo)學(xué)生猜想杠桿的平衡條件可能與力臂的大小和力的大小有關(guān)，這樣學(xué)生不至于盲目猜想，既調(diào)動(dòng)了學(xué)生的樂觀性、主動(dòng)性，同時(shí)使學(xué)生合理的科學(xué)猜想，快速進(jìn)入探究的課題.在分析數(shù)據(jù)時(shí)，老師既要