第四节:杠 杆
教学目标
⒈知道什么是杠杆。能从常见的工具中辨认出杠杆。
⒉知道有关杠杆的一些名词术语。理解力臂的概念。会画杠杆的力臂。
⒊理解杠杆的平衡条件,并能用来解决简单的问题。
⒋杠杆的应用分三种情况及三种杠杆的特点,会举例说明。
教学重点 力臂的正确确定 三种杠杆的特点
教学难点 杠杆的平衡条件 运用杠杆的特点解决实际问题
教学方法 讲授法 实验探索法
教学用具 杠杆和支架、钩码、尺、线、弹簧秤 杆秤、托盘天平、镊子、钳子、筷子
课时安排 2课时
教学步骤
一、导入新课
人动物的区别在于人会利用、制造工具。生活中人们使用各种各样的工具来帮助人们完成工作。机械有复杂的,也有简单的。简单的机械是组成复杂机械的基础。我们今天研究其中的一种简单机械——杠杆。常用的简单机械有杠杆、滑轮、轮轴、斜面等。阿基米德说过:“给我一个支点和足够长的硬棒,我就能撬动地球。”为什么他可以产生这么大的力呢?原来他使用了杠杆。古代的埃及人在修建金字塔时也使用了杠杆来搬动巨大的石块。
二、新课教学 什么是杠杆?
㈠、⒈提问:如何用一根硬棒撬起一块很重的石块?
⒉学生讨论,教师总结并结合课本图13—2甲讲解。给出杠杆的定义。
⒊杠杆在力的作用下能绕固定点转动,这是杠杆的特点。杠杆有直的也有弯的。
⒋观察和演示:抽水机的手柄、切纸的铡刀、剪刀都是杠杆。观察装置中哪个硬棒在力的作用下绕哪个固定点转动。
⒋定义:一根硬棒,在力的作用下如果能绕着固定点转动,这根硬棒就叫杠杆。
㈡、描述杠杆的几个有关名词术语
⒈教师以讲什么是杠杆时所画的撬杠撬石头的板图为基础,边讲下列名词边在图中规范标画出三点、两力、两臂。并板书写出各名词及其定义。
①支点:杠杆(撬杠)绕着转动的点,用字母o标出。
②动力:使杠杆转动的力画出力的示意图,用字母f1或f动标出。
③阻力:阻碍杠杆转动的力画出力的示意图,用字母f2或用f阻标出。注意:动力和阻力使杠杆转动方向相反,但它们的方向不一定相反。
④动力臂:从支点到动力作用线的距离。用字母l1或l动标出。(简介力的作用线概念。)
力臂的画法:首先确定杠杆的支点,再确定力的作用线。然后使用直角三角板画出从支点到力的作用线的垂线,垂足要落在力的作用线上,符号指明哪个线段是力臂,并写出字母l1或l动。力臂常用虚线画出。
⑤阻力臂:从支点到阻力作用线的距离,用字母l2或l阻标出。
⒉练习:以课本图13—2丙,抽水机的柄为例(出示小黑板,图中暂不画出两个力臂),结合演示抽水机柄模型,由一名学生在板图上画出动力臂和阻力臂。要求用直尺三角板规范画出。其他学生在各自笔记本上练习。
三、研究杠杆的平衡条件
⒈杠杆的平衡:是指杠杆静止不转动或杠杆匀速转动。今天研究杠杆的平衡是指杠杆在水平位置静止不动的平衡。
⒉学生实验:杠杆的平衡条件
⑴实验目的:研究杠杆在什么条件下平衡,即研究杠杆的动力、动力臂、阻力、阻力臂之间的关系;
⑵实验器材:杠杆和支架、弹簧秤、钩码、尺、线
⑶实验步骤:
① 调节杠杆在水平位置平衡,通过调节杠杆的平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡;
② 把钩码挂在支点两侧,调节位置和钩码的多少,使杠杆重新平衡;
③ 记录实验数据。
实验次数 动力f1/n 动力臂l1/cm 动力×动力臂 阻力f2/n 阻力臂l2/cm 阻力×阻力臂
1
2
3
④提问:步骤1,为什么调节杠杆两端的螺母使杠杆在水平位置平衡?步骤2,为什么在杠杆两边挂上不同数量的钩码,调节钩码位置,使杠杆在水平位置重新平衡?
⑤提问:课本记录实验数值的表格中力和力臂的单位是什么?
表中“动力×动力臂”和“阻力×阻力臂”的单位是牛•厘米,通常用牛•米表示。(用刻度尺量长度,不要求读出估计数值。)
⑥学生实验,实验数值记录在课本表中教师巡回指导。实验完毕,整理好器材。
⒊总结:由多个小组报告,根据实验数值归纳出杠杆的平衡条件,及数学表达式。
① 杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂
②上式的意义是:动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之一。例如用抽水机抽水时,加在抽水机手柄上的力是150牛,如果动力臂是60厘米,阻力臂5厘米,即动力臂是阻力臂的4倍,动力就是阻力的四分之一。由此可知抽水机的柄受到的阻力是600牛。
四、三种杠杆
⒈省力杠杆:用较小的动力克服较大的阻力。
⑴特点是动力臂大于阻力臂。
⑵优点:动力小于阻力。缺点:动力作用距离较长,费距离。
⑶例如:抽水机的柄,撬石头的撬杠、羊角锤等都是省力杠杆。
⒉费力杠杆:
⑴特点是动力臂小于阻力臂,动力大于阻力。
⑵优点:动力作用距离较短,省距离;缺点:动力大于阻力。
⑶例如:理发剪、镊子、钓鱼杆、扫把等。
⒊等臂杠杆:
⑴特点是动力臂等于阻力臂,动力等于阻力。既不省力也不费力。
⑵例如:天平、跷跷板等。
⒋练习:组织学生分析图13—5各杠杆哪个是省力杠杆,哪个是费力杠杆。
●省力杠杆省力但是要多费作用距离,费力杠杆省了作用距离却要多用力;即省力又省距离的杠杆是没有的。
⒌天平和秤
⑴天平:观察托盘天平,找到支点。等臂杠杆重要的应用是天平。
讨论:用天平称物体质量,天平平衡时为什么砝码的质量就等于被称物体的质量?
天平是等臂杠杆,动力臂等于阻力臂,根据杠杆的平衡条件可知,动力等于阻力。动力和阻力就是砝码和被称物体对杠杆的压力,其压力的大小在杠杆水平平衡时等于它们各自的物重。根据物体受到的重力跟质量成正比的关系可知,砝码的质量等于被称物体的质量。
天平是支点在中间的等臂杠杆
⑵秤
杆秤、案秤是称物体质量的工具。杠秤、案秤是根据杠杆原理制成的。注意它是不等臂杠杆。杆秤、案秤用几个不重的砝码就能平衡秤盘中重得多的货物的道理。
讨论:为什么可以用质量较小的秤砣平衡质量较大的物体?称量不同物体质量时,改变什么物理量使秤重新平衡?
五、小结
⑴一根硬棒,在力的作用下如果能绕着固定点转动,这根硬棒就叫杠杆。
⑵杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂。
⑶三种杠杆:省力、费力、等臂
⑷天平、秤:都是利用杠杆的平衡条件来工作的,天平是支点在中间的等臂杠杆。杆称是不等臂杠杆,称量不同物体质量时,改变力臂使秤重新平衡。
六、作业 练习册