探究杠桿平衡條件及應用

探究杠桿平衡條件及應用教學設計黃石市第十六中學 葉釗設計理念從物理學科的角度而言，杠桿是一種簡單機械。從認知的角度而言，杠桿是一種模型。遵循“從生活走向物理，從物理走向社會”的設計理念，并考慮學生對模型的認知規(guī)律,本課在設計時首先通過教師展示并介紹生活中常見的測量質量的儀器-桿秤的使用,創(chuàng)設認知表象，通過對表象的歸納建立認知圖式，建構杠桿模型。再利用桿秤使用時遇到的問題，引入杠桿平衡條件研究的必要性，在此基礎上組織學生進行杠桿平衡條件的研究并得出杠桿平衡條件。最后結合杠桿平衡條件探討杠桿的分類及其在生活中的使用。教學目標 1、知識與技能 （1）知道杠桿平衡的概念。（2）理解杠桿平衡的條件（3）會利用杠桿的平衡條件對生活中的杠桿分類并能解決實際問題。2、過程與方法 （1）通過觀察和使用桿秤，了解杠桿的結構。 （2）通過參與科學探究活動，能對杠桿的平衡條件進行猜想與假設，并設計出實驗方案，對獲得的信息進行處理，得出杠桿平衡的條件。 3、情感、態(tài)度與價值觀 培養(yǎng)學生探索杠桿在日常生活中應用的興趣以及關注歷史、關注科學的意識。 教學重點探究杠桿平衡條件及應用教學難點設計探究杠桿平衡的方案教學資源桿秤 胡蘿卜 細繩 天平 學生使用杠桿的視頻片段 剪刀 鑷子 活動3師生討論猜想杠桿平衡條件活動4 學生設計并進行實驗杠桿平衡條件活動1學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222動222教師改變桿秤的平衡對杠桿平衡的思考活動5分析實驗數據活動6判斷蘿卜哪頭重哪頭輕思考杠桿的分類活動7播放學使用杠桿的視頻,師生討論杠桿的分類教學流程圖活動7播學生使用杠桿視頻及體驗活動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,從物理走向生活教學過程1、 創(chuàng)設情景、復習提問教師:同學們，在實驗室我們常用托盤天平來測量物體的質量，其實在我們日常生活中曾經廣泛使用過另一種測量質量的儀器桿秤。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、秤砣四部分組成的。教師演示桿秤的使用方法：使用時，把被測物放在秤盤上，移動秤砣的位置，使秤桿在水平位置平衡。此時秤砣在桿秤上對應的位置所標的值就是物體的質量。教師提問：使用桿秤稱量物體質量時，它屬于什么類型的機械？學生：杠桿教師：既然是杠桿，請大家分析它的五要素。學生：提鈕是支點學生：秤盤和物體對秤桿的拉力是動力學生：提鈕到拉力作用線的距離是動力臂學生：秤砣對秤桿的拉力是阻力學生:提鈕到秤砣對秤桿的拉力作用線的距離是阻力臂。2、實驗探究、獲得新知：教/師：誰有興趣測量一下物理課本的質量？教師：像這樣杠桿處于靜止狀態(tài)或者勻速轉動時，我們就說杠桿處于平衡狀態(tài)。教師：我再加一本課本，相當于增加了動力，但動力臂和阻力都沒有改變。如何讓桿秤再次在水平位置平衡？教師伸手示意學生操作。學生移動了秤砣的位置教師：觀察到什么？學生：向右移動了秤砣教師：實質上是？學生：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，根據剛才的觀察請大家猜想一下當杠桿平衡時動力、動力臂、阻力、阻力臂如何運算能找到等量關系？學生： F1+L1=F2+L2 F1-L1=F2-L2 F1L1=F2L2 這幾種關系都有可能，但是老師認為有兩種關系有明顯的錯誤，同學們覺得是哪一種呢？理由又是什么？學生：F1+L1=F2+L2 F1-L1=F2-L2因為力和力臂是不同的物理量不能直接相加減加減。老師:那么F1L1=F2L2這種關系正確嗎？怎么驗證？學生：實驗驗證教師：請同學們利用課桌上的器材組裝一個杠桿并指出其五要素。學生進行實驗，教師巡視，并參與小組實驗，糾正學生不當的操作方式，檢查學生參與實驗的情況。學生回答如何組裝杠桿并指出其五要素。教師：非常棒，請各小組同學在此基礎上思考并設計探究杠桿平衡條件的實驗裝置，實驗時注意小組合作及記錄數據。教師請學生展示記錄的數據并回答實驗過程學生：和天平的使用一樣首先我們調節(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量的鉤碼，調節(jié)勾碼的位置，讓天平平衡，記錄勾碼的重力和對應力臂的長度，發(fā)現當杠桿平衡時，滿足F1L1=F2L2教師：這組同學的實驗方案行嗎？你對他們的實驗方案有何建議？ 學生：他們的實驗方案可行，最終應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？ 同學們對此問題有何看法？ 學生:我認為杠桿最終在水平位置平衡可以直接讀取力臂的長度。 教師：大家還有其他建議嗎？學生：我覺得應該多次測量這樣結論更具有普遍性。學生：我覺得還可以保持動力臂和阻力臂不變，改變兩邊鉤碼的個數，讓天平平衡，也得到了F1L1=F2L2學生：我覺得還可以讓兩邊鉤碼的個數改變，兩邊的力臂也同時改變。我們小組通過實驗得到了杠桿平衡條件是F1L1=F2L2教師: 回答得很好，三個小組的同學采用不同的方法都驗證了當杠桿平衡時滿足F1L1=F2L2，我們在物理學上就把此關系式稱為杠桿平衡條件（教師板書：杠桿平衡條件：F1L1=F2L2）3、創(chuàng)設情景，應用反饋：教師：我們學習物理知識的目的就是應用物理知識解決生活中遇到的實際問題，我把一個胡蘿卜用繩子水平懸掛起來，哪頭重，哪頭輕？學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？學生發(fā)現短的一頭重，長的一頭輕。教師：能解釋一下嗎？學生：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：原來是兩端力臂的長度不一樣，生活中有的杠桿動力臂長有的杠桿阻力臂長的，我們班同學參加課外活動嘗試著使用了幾種杠桿請同學們們根據動力臂和阻力臂長短關系給這些杠桿分個類4、結合實際，分類杠桿教師播放學生課外活動的四個視頻1撬釘子 2皮劃艇 3開啤酒瓶 4 釣魚桿學生： 我認為1、3分為一類，因為羊角錘和瓶蓋起子都是動力臂大于阻力臂，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，你在撬釘子時還有什么體驗？學生：雖然省力但是我的手移動了很長的距離教師：省力杠桿雖然省了力，但是費了距離多媒體投影省力杠桿：L1 L2 省力，費距離學生：2、4可分為一類，因為船槳和釣魚竿在使用時阻力臂長些，費力但是省力距離。教師：我們把這一類動力臂小于阻力臂的杠桿叫做費力杠桿，雖然費力但是省力距離，在日常生活中也有廣泛的應用。多媒體：費力杠桿L1 L2 費力 省距離教師：請大家使用一下課桌上的各種杠桿，哪些省力，哪些是費力學生：鑷子是費力杠桿，因為阻力臂長一些學生：剪刀是省力杠桿，輕輕一下就把硬紙片剪開學生：我覺得剪刀也能是費力杠桿。演示過程教師引導學生思考：為什么同一把剪刀既省力又費力呢？教師演示過程學生:阻力臂改變了教師：被剪的物體越靠近支點，動力臂不變而阻力臂減少就更省力。那如果動力臂和阻力臂相等的杠桿它是省力還是費力呢？學生;既不省力也不費力教師總結：這一類杠桿叫做等臂杠桿，最常見的就是天平多媒體顯示：等臂天平 不省力也不費力