学生实验：探究杠杆

1、第二节 学生实验：探究杠杆北京四中顺义分校 马山一、指导思想与理论依据从生活中的杆秤谈起，通过探究得到杠杆平衡条件，体现“从生活走向物理”的基 本理念，尽量贴近学生生活，使学生体验到生活中无处不在的物理知识，从而激发起学 生学习的兴趣，让学生在学习科学的研究方法的同时，培养学生的探索精神、实践能力 以及创新意识。二、教学背景分析本节主要让学生通过参与科学探究活动，认识杠杆的平衡状态，并能对杠杆处于平 衡状态的条件进行猜想，进一步设计出验证方案、分析处理实验数据，最后归纳得出杠 杆平衡的条件。学生在生活中见到的杠杆很多，例如杆秤、跷跷板、健身器材、扁担、撬杠、压水 机等，知道杠杆在生产、生活中有

2、广泛的应用，并且在小学科学课上定性研究了杠杆平 衡问题。初中物理已介绍了力的三要素、力的作用效果和二力平衡等知识；初中信息技 术课上已学过利用 excel 分析数据，以上各因素对本节课的学习十分有利。三、教学目标1. 知识与技能(1) 能识别杠杆的平衡状态。(2) 能说出杠杆平衡的条件。(3) 能利用杠杆平衡条件去分析、解释简单的实际问题。2. 过程与方法(1)通过探究杠杆平衡原因的实验设计过程，学会收集实验数据的方法。(2)通过利用 excel 的统计、拟合功能分析处理实验数据的过程，学会分析处理实验 数据的方法。3. 情感、态度与价值观通过经历探究杠杆平衡原因的过程，乐于探索生活中的常见物

3、品的原理，有将科学 技术应用于日常生活的意识，对科学有一定的求知欲望。四、教学重点和难点1.教学重点能说出杠杆平衡条件，并会利用杠杆条件解决简单的实际问题2.教学难点会设计实验收集实验证据；会分析、处理实验数据，得出结论五、教学流程示意图控制殳量产楚值kF,I = F4六、教学过程环节学生活动教师活动教师播放视频：（天工开物一一杆秤）观看视频，感悟我国古代 人民的智慧。探究情 境 的 创 设引导语：杆秤是我国古代人民的发明之一， 它的身上凝结着古人那些智慧呢？提出问题：（出示杆秤图片，提示同学们认真 观察杆秤的结构，然后提出问题。）问题一：杆秤实质上就是我们已经认识的哪 种简单机械？问题二：杆

4、秤实际上就是利用我们刚刚学过 的杠杆原理制成的，谁能告诉我，支点在哪？两 个力分别是谁？方向如何？（约定：秤钩对秤杆 的拉力为阻力，秤砣对秤杆的拉力为动力）演示：用杆秤称质量（教师出示自制的杆秤， 并用杆秤称出粉笔盒、黑板擦等的质量）引导语：使用杆秤时，先将秤砣移到定盘星 处，若秤杆水平静止，则证明称是合格的，然后 将物体挂在秤钩上，移动秤砣，直到秤杆再次水 平静止，读出秤砣所对刻度，即为物体质量。提出问题：（提示同学们回忆使用过程，然后 提出问题）问题三：你知道每次使用杆秤称质量都要使 秤杆水平静止，这样做的目的是什么？观察杆秤的结构。预想回答：杠杆预想回答：提纽是支点; 秤钩对秤杆的拉力、

5、秤砣对 秤杆的拉力。观察教师演示、测量质量 的过程。预想回答：杠杆处于平衡 状态，便于研究。探 究 情 境 的 创 设问题四：为什么要强调水平？（提示：动力 臂和阻力臂如何确定？）问题五：不静止，匀速转动是否可行？问题六：利用杆秤称黑板擦和称粉笔盒质量 的过程中，杠杆“五要素”中的哪些要素不变？ 哪些要素变化？问题七：谁随着谁的变化而变化？问题八：为了使杆秤平衡（水平静止），动力 臂要随着阻力的变化而变化，它们之间有规律可 循吗？过渡语：今天我们利用实验室中的杠杆来研 究：当动力和阻力臂不变时，动力臂与阻力满足 怎样的关系时，杠杆才能处于平衡状态。设 计 实 验 收实验器材：杠杆、铁架台、钩码

6、（盒）、细线。Om 问题1本实验研究的是哪些物理量的关系？问题2实验中要控制哪些物理量不变？问题3实验时要改变哪些物理量，怎样改变?问题4实验时要测量哪些物理量，怎样测量?过渡语：通过对以上问题的思考，我们已经 对要做的实验有了初步了解，下面请同学们开始 实验操作，并将数据记录在表格中。预想回答：便于利用秤 杆上的刻度，读出力臂数值。预想回答：不行，不便 读力臂。预想回答：不变的有： 阻力臂和动力；变化的有： 阻力和动力臂。预想回答：动力臂随阻 力的变化而变化。观察实验器材思考问题，并试图设计 实验步骤。设 计 实 验 收 集 数 据分 析 实 验 数 据学生实验：（教师巡回指导）O厂温馨提示

7、f1实验前要先调解杠杆处于水平平衡。2用细线系一个绳套套在杠杆右端。3为研究方便，规定使杠杆逆时针转动的力 为阻力。4采集5组（或以上）实验数据。5. 一个钩码（1 N）;个格5 cm。动力Fi/N阻力臂L2/cm阻力F2/N动力臂Li/cm实验记录表过渡语：各组同学都非常认真地完成了采集 数据的任务，下面一起来利用excel分析我们采集 的数据。一组汇报数据：（教师在excel中输入数据）动力阻力臂阻力动力臂Fi/NL2/cmF2/NL1/cm21015210210210315210420210525实验记录表根据制订的实验计划分 组进行实验，获取实验证据。小组汇报实验数据，其 他小组的同学

8、将数据与本组 数据做简单的比较。动力阻力臂阻力动力臂Fi/NL2/cmF2/NLi/cm2512.525252537.52541025512.5二组汇报数据：（教师在excel中输入数据） 实验记录表二观察并学习教师利用 excel软件分析数据。教师利用exceI分析数据拟合公式:实验数据分析图一y = 5x0 53 20 5 02 115 01L臂力动丿动力臂与阻力关系图O数实验数据分析图观察并学习教师利用 excel软件拟合表达式。动力臂与阻力关系图y二2 5X12345x（阻力F 2）42086 4 2 01 1 11L臂力动丿共同分析：根据拟合公式推导、转 化成表达式。根据实验数据图一

9、拟合出动力臂与阻力的关 系式是：Li（动力臂）=5F2（阻力）根据实验数据图二拟合出动力臂与阻力的关系式是：Li（动力臂）=2.5F2（阻力）总结结论过度语：根据两组实验数据总结出的表达式 不同，到底是谁错了呢？各组先来反思自己的实 验和分析过程，看看有没有什么问题。引导语：既然各组都没发现自己的实验和分 析有问题，不妨各组交流一下，比较自己的实验 与其他小组的实验有什么不同。引导语：选用的“阻力臂”和“动力”不同, 造成结论不同。请同学们再想一想，各组总结公 式中的“ 5”、“2.5”的实质是什么？过度语：怎样表示动力臂与阻力的关系，才 有更广泛的代表性？引导语：如果动力臂和阻力臂分别用Li

10、和L2 表示；动力和阻力分别用 Fi和F2表示，则动力 臂与阻力的关系式可表示为：Li= 土 F2Fi利用数学演绎法，可以推导出以下两个公式:Fi x Li = F2X L2F2 = LiFi - L2过渡语：杠杆中的两个力和两个力臂之间必 须满足此关系，杠杆就会平衡。因此，我们就称 其为杠杆平衡条件。拓i在图2在图展3如图应-CH 1环节预想回答：各组经细致的检 查都表示没有错误。预想回答：学生经比较各组 的实验数据，发现原因是各 组选用的“阻力臂”和“动 力”不同，造成结论不同。预想回答：学生经比较各组 的实验数据，发现数字5（ iO、 2.5）实质是“阻力臂”与“动 力”的比值。预想回答

11、:动力臂二阻力臂动力阻力思考、演绎推导回忆探索过程，领悟知识的 由来。i中，若将杠杆两端的钩码各取下一个，杠杆还平衡吗？为什么?i中，若将杠杆两端的钩码都向支点移动相同的距离,2所示，杠杆平衡吗？为什么?O杠杆还平衡吗？为什么?探究内容:探究1在杠杆平衡时,动力臂和阻力臂保持不变,探究动力跟阻力的关系阻力和阻力臂保持不变,探究动力跟动力臂的关系课后 探 究探究2：在杠杆平衡时,:温馨提示|11.实验前要先调节杠杆水平平衡。I 2 .弹簧测力计必须竖直向上拉杠杆。；3.注意弹簧测力计悬挂点的选择， 保 I证实验中不超过测力计的量程。I4.每个钩码重力约为 1N。；5.根据实验数据总结结论。拓 展

12、 研 究1994年9月23 日,国家技术监督局、国家工商行政管理局联合发出 关于 在公众贸易中限制使用杆秤的通知，通知中指出由于杆秤在公众贸易中经常被 不法分子利用欺骗顾客，且隐蔽较深，不易识别，所以要求各地根据实际情况， 逐步取消、禁止在公众贸易中使用杆秤。内容：根据所学的知识，揭秘不法分子利用杆秤欺骗顾客(缺斤短两)的手段。七、学习效果评价设计1评价内容(1) 学生在课上注意力是否集中。(2) 对问题和实验的感兴趣程度。(3) 学生在思考、举例、描述等方面参与课堂的积极程度(4) 应用知识解答问题的正确率。2.评价量规评价项目优良中得分学生在课上注意力是否集中(3)3分2分1分注意力非常集中注意力比较集中注意力不够集中对问题和实验的感兴趣程度(3)3分2分1分非常感兴趣有的感兴趣几乎不感兴趣学生参与课堂的 积极程度(3)3分2分1分积极参与比较积极不愿参与应用知识解答问题的正确率(3)3分2分1分解答完全正确解答大部分正确解答基本不正确合计得分八、教学设计的特点1从学生已有的知识入手，层层推进，步步为营，教学过程自然、合理、顺畅，符 合学生的认知规律。2教师不是用传授定论的方式，而是引导学生去发现知识。学生拥有