探究杠杆平衡条件及应用

探究杠杆平衡条件及应用教学设计黄石市第十六中学 叶钊设计理念从物理学科的角度而言，杠杆是一种简单机械。从认知的角度而言，杠杆是一种模型。遵循“从生活走向物理，从物理走向社会”的设计理念，并考虑学生对模型的认知规律,本课在设计时首先通过教师展示并介绍生活中常见的测量质量的仪器-杆秤的使用,创设认知表象，通过对表象的归纳建立认知图式，建构杠杆模型。再利用杆秤使用时遇到的问题，引入杠杆平衡条件研究的必要性，在此基础上组织学生进行杠杆平衡条件的研究并得出杠杆平衡条件。最后结合杠杆平衡条件探讨杠杆的分类及其在生活中的使用。教学目标 1、知识与技能 （1）知道杠杆平衡的概念。（2）理解杠杆平衡的条件（3）会利用杠杆的平衡条件对生活中的杠杆分类并能解决实际问题。2、过程与方法 （1）通过观察和使用杆秤，了解杠杆的结构。 （2）通过参与科学探究活动，能对杠杆的平衡条件进行猜想与假设，并设计出实验方案，对获得的信息进行处理，得出杠杆平衡的条件。 3、情感、态度与价值观 培养学生探索杠杆在日常生活中应用的兴趣以及关注历史、关注科学的意识。 教学重点探究杠杆平衡条件及应用教学难点设计探究杠杆平衡的方案教学资源杆秤 胡萝卜 细绳 天平 学生使用杠杆的视频片段 剪刀 镊子 活动3师生讨论猜想杠杆平衡条件活动4 学生设计并进行实验杠杆平衡条件活动1学生尝试使用杆秤情景1介绍杆秤及其使用,从生活走向物理杠杆平衡的定义活动222动222教师改变杆秤的平衡对杠杆平衡的思考活动5分析实验数据活动6判断萝卜哪头重哪头轻思考杠杆的分类活动7播放学使用杠杆的视频,师生讨论杠杆的分类教学流程图活动7播学生使用杠杆视频及体验活动8播放杆秤的演化历史思考杠杆的分类杠杆的分类首尾呼应,从物理走向生活教学过程1、 创设情景、复习提问教师:同学们，在实验室我们常用托盘天平来测量物体的质量，其实在我们日常生活中曾经广泛使用过另一种测量质量的仪器杆秤。你们熟悉它吗？教师拿出杆秤介绍：这就是杆秤，它是由带刻度的秤杆、提钮、秤盘、秤砣四部分组成的。教师演示杆秤的使用方法：使用时，把被测物放在秤盘上，移动秤砣的位置，使秤杆在水平位置平衡。此时秤砣在杆秤上对应的位置所标的值就是物体的质量。教师提问：使用杆秤称量物体质量时，它属于什么类型的机械？学生：杠杆教师：既然是杠杆，请大家分析它的五要素。学生：提钮是支点学生：秤盘和物体对秤杆的拉力是动力学生：提钮到拉力作用线的距离是动力臂学生：秤砣对秤杆的拉力是阻力学生:提钮到秤砣对秤杆的拉力作用线的距离是阻力臂。2、实验探究、获得新知：教/师：谁有兴趣测量一下物理课本的质量？教师：像这样杠杆处于静止状态或者匀速转动时，我们就说杠杆处于平衡状态。教师：我再加一本课本，相当于增加了动力，但动力臂和阻力都没有改变。如何让杆秤再次在水平位置平衡？教师伸手示意学生操作。学生移动了秤砣的位置教师：观察到什么？学生：向右移动了秤砣教师：实质上是？学生：增加了阻力臂的大小多媒体投影：F1变大L1不变 F2不变 L2变大教师：非常好，根据刚才的观察请大家猜想一下当杠杆平衡时动力、动力臂、阻力、阻力臂如何运算能找到等量关系？学生： F1+L1=F2+L2 F1-L1=F2-L2 F1L1=F2L2 这几种关系都有可能，但是老师认为有两种关系有明显的错误，同学们觉得是哪一种呢？理由又是什么？学生：F1+L1=F2+L2 F1-L1=F2-L2因为力和力臂是不同的物理量不能直接相加减加减。老师:那么F1L1=F2L2这种关系正确吗？怎么验证？学生：实验验证教师：请同学们利用课桌上的器材组装一个杠杆并指出其五要素。学生进行实验，教师巡视，并参与小组实验，纠正学生不当的操作方式，检查学生参与实验的情况。学生回答如何组装杠杆并指出其五要素。教师：非常棒，请各小组同学在此基础上思考并设计探究杠杆平衡条件的实验装置，实验时注意小组合作及记录数据。教师请学生展示记录的数据并回答实验过程学生：和天平的使用一样首先我们调节杠杆两端的平衡螺母，让杠杆在水平位置平衡，然后在分别在杠杆两边挂上不同质量的钩码，调节勾码的位置，让天平平衡，记录勾码的重力和对应力臂的长度，发现当杠杆平衡时，满足F1L1=F2L2教师：这组同学的实验方案行吗？你对他们的实验方案有何建议？ 学生：他们的实验方案可行，最终应该让杠杆在水平位置平衡教师：难道是杠杆倾斜静止就不算是杠杆平衡吗？ 同学们对此问题有何看法？ 学生:我认为杠杆最终在水平位置平衡可以直接读取力臂的长度。 教师：大家还有其他建议吗？学生：我觉得应该多次测量这样结论更具有普遍性。学生：我觉得还可以保持动力臂和阻力臂不变，改变两边钩码的个数，让天平平衡，也得到了F1L1=F2L2学生：我觉得还可以让两边钩码的个数改变，两边的力臂也同时改变。我们小组通过实验得到了杠杆平衡条件是F1L1=F2L2教师: 回答得很好，三个小组的同学采用不同的方法都验证了当杠杆平衡时满足F1L1=F2L2，我们在物理学上就把此关系式称为杠杆平衡条件（教师板书：杠杆平衡条件：F1L1=F2L2）3、创设情景，应用反馈：教师：我们学习物理知识的目的就是应用物理知识解决生活中遇到的实际问题，我把一个胡萝卜用绳子水平悬挂起来，哪头重，哪头轻？学生回答教师把胡萝卜一分为二，放在天平上。教师：有什么发现？学生发现短的一头重，长的一头轻。教师：能解释一下吗？学生：由杠杆平衡条件F1L1=F2L2 可知短的一头力臂小所以重力大教师：原来是两端力臂的长度不一样，生活中有的杠杆动力臂长有的杠杆阻力臂长的，我们班同学参加课外活动尝试着使用了几种杠杆请同学们们根据动力臂和阻力臂长短关系给这些杠杆分个类4、结合实际，分类杠杆教师播放学生课外活动的四个视频1撬钉子 2皮划艇 3开啤酒瓶 4 钓鱼杆学生： 我认为1、3分为一类，因为羊角锤和瓶盖起子都是动力臂大于阻力臂，由杠杆平衡条件可知它们省力教师：我们把这类杠杆叫做省力杠杆，你在撬钉子时还有什么体验？学生：虽然省力但是我的手移动了很长的距离教师：省力杠杆虽然省了力，但是费了距离多媒体投影省力杠杆：L1 L2 省力，费距离学生：2、4可分为一类，因为船桨和钓鱼竿在使用时阻力臂长些，费力但是省力距离。教师：我们把这一类动力臂小于阻力臂的杠杆叫做费力杠杆，虽然费力但是省力距离，在日常生活中也有广泛的应用。多媒体：费力杠杆L1 L2 费力 省距离教师：请大家使用一下课桌上的各种杠杆，哪些省力，哪些是费力学生：镊子是费力杠杆，因为阻力臂长一些学生：剪刀是省力杠杆，轻轻一下就把硬纸片剪开学生：我觉得剪刀也能是费力杠杆。演示过程教师引导学生思考：为什么同一把剪刀既省力又费力呢？教师演示过程学生:阻力臂改变了教师：被剪的物体越靠近支点，动力臂不变而阻力臂减少就更省力。那如果动力臂和阻力臂相等的杠杆它是省力还是费力呢？学生;既不省力也不费力教师总结：这一类杠杆叫做等臂杠杆，最常见的就是天平多媒体显示：等臂天平 不省力也不费力