探究杠桿平衡條件及應(yīng)用

探究杠桿平衡條件及應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)黃石市第十六中學(xué) 葉釗設(shè)計(jì)理念從物理學(xué)科的角度而言，杠桿是一種簡(jiǎn)單機(jī)械。從認(rèn)知的角度而言，杠桿是一種模型。遵循“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的設(shè)計(jì)理念，并考慮學(xué)生對(duì)模型的認(rèn)知規(guī)律,本課在設(shè)計(jì)時(shí)首先通過(guò)教師展示并介紹生活中常見(jiàn)的測(cè)量質(zhì)量的儀器-桿秤的使用,創(chuàng)設(shè)認(rèn)知表象，通過(guò)對(duì)表象的歸納建立認(rèn)知圖式，建構(gòu)杠桿模型。再利用桿秤使用時(shí)遇到的問(wèn)題，引入杠桿平衡條件研究的必要性，在此基礎(chǔ)上組織學(xué)生進(jìn)行杠桿平衡條件的研究并得出杠桿平衡條件。最后結(jié)合杠桿平衡條件探討杠桿的分類及其在生活中的使用。教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能 （1）知道杠桿平衡的概念。（2）理解杠桿平衡的條件（3）會(huì)利用杠桿的平衡條件對(duì)生活中的杠桿分類并能解決實(shí)際問(wèn)題。2、過(guò)程與方法 （1）通過(guò)觀察和使用桿秤，了解杠桿的結(jié)構(gòu)。 （2）通過(guò)參與科學(xué)探究活動(dòng)，能對(duì)杠桿的平衡條件進(jìn)行猜想與假設(shè)，并設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)獲得的信息進(jìn)行處理，得出杠桿平衡的條件。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀 培養(yǎng)學(xué)生探索杠桿在日常生活中應(yīng)用的興趣以及關(guān)注歷史、關(guān)注科學(xué)的意識(shí)。 教學(xué)重點(diǎn)探究杠桿平衡條件及應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)設(shè)計(jì)探究杠桿平衡的方案教學(xué)資源桿秤 胡蘿卜 細(xì)繩 天平 學(xué)生使用杠桿的視頻片段 剪刀 鑷子 活動(dòng)3師生討論猜想杠桿平衡條件活動(dòng)4 學(xué)生設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)杠桿平衡條件活動(dòng)1學(xué)生嘗試使用桿秤情景1介紹桿秤及其使用,從生活走向物理杠桿平衡的定義活動(dòng)222動(dòng)222教師改變桿秤的平衡對(duì)杠桿平衡的思考活動(dòng)5分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)活動(dòng)6判斷蘿卜哪頭重哪頭輕思考杠桿的分類活動(dòng)7播放學(xué)使用杠桿的視頻,師生討論杠桿的分類教學(xué)流程圖活動(dòng)7播學(xué)生使用杠桿視頻及體驗(yàn)活動(dòng)8播放桿秤的演化歷史思考杠桿的分類杠桿的分類首尾呼應(yīng),從物理走向生活教學(xué)過(guò)程1、 創(chuàng)設(shè)情景、復(fù)習(xí)提問(wèn)教師:同學(xué)們，在實(shí)驗(yàn)室我們常用托盤(pán)天平來(lái)測(cè)量物體的質(zhì)量，其實(shí)在我們?nèi)粘Ｉ钪性?jīng)廣泛使用過(guò)另一種測(cè)量質(zhì)量的儀器桿秤。你們熟悉它嗎？教師拿出桿秤介紹：這就是桿秤，它是由帶刻度的秤桿、提鈕、秤盤(pán)、秤砣四部分組成的。教師演示桿秤的使用方法：使用時(shí)，把被測(cè)物放在秤盤(pán)上，移動(dòng)秤砣的位置，使秤桿在水平位置平衡。此時(shí)秤砣在桿秤上對(duì)應(yīng)的位置所標(biāo)的值就是物體的質(zhì)量。教師提問(wèn)：使用桿秤稱量物體質(zhì)量時(shí)，它屬于什么類型的機(jī)械？學(xué)生：杠桿教師：既然是杠桿，請(qǐng)大家分析它的五要素。學(xué)生：提鈕是支點(diǎn)學(xué)生：秤盤(pán)和物體對(duì)秤桿的拉力是動(dòng)力學(xué)生：提鈕到拉力作用線的距離是動(dòng)力臂學(xué)生：秤砣對(duì)秤桿的拉力是阻力學(xué)生:提鈕到秤砣對(duì)秤桿的拉力作用線的距離是阻力臂。2、實(shí)驗(yàn)探究、獲得新知：教/師：誰(shuí)有興趣測(cè)量一下物理課本的質(zhì)量？教師：像這樣杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)或者勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，我們就說(shuō)杠桿處于平衡狀態(tài)。教師：我再加一本課本，相當(dāng)于增加了動(dòng)力，但動(dòng)力臂和阻力都沒(méi)有改變。如何讓桿秤再次在水平位置平衡？教師伸手示意學(xué)生操作。學(xué)生移動(dòng)了秤砣的位置教師：觀察到什么？學(xué)生：向右移動(dòng)了秤砣教師：實(shí)質(zhì)上是？學(xué)生：增加了阻力臂的大小多媒體投影：F1變大L1不變 F2不變 L2變大教師：非常好，根據(jù)剛才的觀察請(qǐng)大家猜想一下當(dāng)杠桿平衡時(shí)動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力、阻力臂如何運(yùn)算能找到等量關(guān)系？學(xué)生： F1+L1=F2+L2 F1-L1=F2-L2 F1L1=F2L2 這幾種關(guān)系都有可能，但是老師認(rèn)為有兩種關(guān)系有明顯的錯(cuò)誤，同學(xué)們覺(jué)得是哪一種呢？理由又是什么？學(xué)生：F1+L1=F2+L2 F1-L1=F2-L2因?yàn)榱土Ρ凼遣煌奈锢砹坎荒苤苯酉嗉訙p加減。老師:那么F1L1=F2L2這種關(guān)系正確嗎？怎么驗(yàn)證？學(xué)生：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證教師：請(qǐng)同學(xué)們利用課桌上的器材組裝一個(gè)杠桿并指出其五要素。學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師巡視，并參與小組實(shí)驗(yàn)，糾正學(xué)生不當(dāng)?shù)牟僮鞣绞?，檢查學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的情況。學(xué)生回答如何組裝杠桿并指出其五要素。教師：非常棒，請(qǐng)各小組同學(xué)在此基礎(chǔ)上思考并設(shè)計(jì)探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)時(shí)注意小組合作及記錄數(shù)據(jù)。教師請(qǐng)學(xué)生展示記錄的數(shù)據(jù)并回答實(shí)驗(yàn)過(guò)程學(xué)生：和天平的使用一樣首先我們調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，讓杠桿在水平位置平衡，然后在分別在杠桿兩邊掛上不同質(zhì)量的鉤碼，調(diào)節(jié)勾碼的位置，讓天平平衡，記錄勾碼的重力和對(duì)應(yīng)力臂的長(zhǎng)度，發(fā)現(xiàn)當(dāng)杠桿平衡時(shí)，滿足F1L1=F2L2教師：這組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案行嗎？你對(duì)他們的實(shí)驗(yàn)方案有何建議？ 學(xué)生：他們的實(shí)驗(yàn)方案可行，最終應(yīng)該讓杠桿在水平位置平衡教師：難道是杠桿傾斜靜止就不算是杠桿平衡嗎？ 同學(xué)們對(duì)此問(wèn)題有何看法？ 學(xué)生:我認(rèn)為杠桿最終在水平位置平衡可以直接讀取力臂的長(zhǎng)度。 教師：大家還有其他建議嗎？學(xué)生：我覺(jué)得應(yīng)該多次測(cè)量這樣結(jié)論更具有普遍性。學(xué)生：我覺(jué)得還可以保持動(dòng)力臂和阻力臂不變，改變兩邊鉤碼的個(gè)數(shù)，讓天平平衡，也得到了F1L1=F2L2學(xué)生：我覺(jué)得還可以讓兩邊鉤碼的個(gè)數(shù)改變，兩邊的力臂也同時(shí)改變。我們小組通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了杠桿平衡條件是F1L1=F2L2教師: 回答得很好，三個(gè)小組的同學(xué)采用不同的方法都驗(yàn)證了當(dāng)杠桿平衡時(shí)滿足F1L1=F2L2，我們?cè)谖锢韺W(xué)上就把此關(guān)系式稱為杠桿平衡條件（教師板書(shū)：杠桿平衡條件：F1L1=F2L2）3、創(chuàng)設(shè)情景，應(yīng)用反饋：教師：我們學(xué)習(xí)物理知識(shí)的目的就是應(yīng)用物理知識(shí)解決生活中遇到的實(shí)際問(wèn)題，我把一個(gè)胡蘿卜用繩子水平懸掛起來(lái)，哪頭重，哪頭輕？學(xué)生回答教師把胡蘿卜一分為二，放在天平上。教師：有什么發(fā)現(xiàn)？學(xué)生發(fā)現(xiàn)短的一頭重，長(zhǎng)的一頭輕。教師：能解釋一下嗎？學(xué)生：由杠桿平衡條件F1L1=F2L2 可知短的一頭力臂小所以重力大教師：原來(lái)是兩端力臂的長(zhǎng)度不一樣，生活中有的杠桿動(dòng)力臂長(zhǎng)有的杠桿阻力臂長(zhǎng)的，我們班同學(xué)參加課外活動(dòng)嘗試著使用了幾種杠桿請(qǐng)同學(xué)們們根據(jù)動(dòng)力臂和阻力臂長(zhǎng)短關(guān)系給這些杠桿分個(gè)類4、結(jié)合實(shí)際，分類杠桿教師播放學(xué)生課外活動(dòng)的四個(gè)視頻1撬釘子 2皮劃艇 3開(kāi)啤酒瓶 4 釣魚(yú)桿學(xué)生： 我認(rèn)為1、3分為一類，因?yàn)檠蚪清N和瓶蓋起子都是動(dòng)力臂大于阻力臂，由杠桿平衡條件可知它們省力教師：我們把這類杠桿叫做省力杠桿，你在撬釘子時(shí)還有什么體驗(yàn)？學(xué)生：雖然省力但是我的手移動(dòng)了很長(zhǎng)的距離教師：省力杠桿雖然省了力，但是費(fèi)了距離多媒體投影省力杠桿：L1 L2 省力，費(fèi)距離學(xué)生：2、4可分為一類，因?yàn)榇瑯歪烎~(yú)竿在使用時(shí)阻力臂長(zhǎng)些，費(fèi)力但是省力距離。教師：我們把這一類動(dòng)力臂小于阻力臂的杠桿叫做費(fèi)力杠桿，雖然費(fèi)力但是省力距離，在日常生活中也有廣泛的應(yīng)用。多媒體：費(fèi)力杠桿L1 L2 費(fèi)力 省距離教師：請(qǐng)大家使用一下課桌上的各種杠桿，哪些省力，哪些是費(fèi)力學(xué)生：鑷子是費(fèi)力杠桿，因?yàn)樽枇Ρ坶L(zhǎng)一些學(xué)生：剪刀是省力杠桿，輕輕一下就把硬紙片剪開(kāi)學(xué)生：我覺(jué)得剪刀也能是費(fèi)力杠桿。演示過(guò)程教師引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么同一把剪刀既省力又費(fèi)力呢？教師演示過(guò)程學(xué)生:阻力臂改變了教師：被剪的物體越靠近支點(diǎn)，動(dòng)力臂不變而阻力臂減少就更省力。那如果動(dòng)力臂和阻力臂相等的杠桿它是省力還是費(fèi)力呢？學(xué)生;既不省力也不費(fèi)力教師總結(jié)：這一類杠桿叫做等臂杠桿，最常見(jiàn)的就是天平多媒體顯示：等臂天平 不省力也不費(fèi)力