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第十二章简单机械本章是在前面学习过力学的基础上，研究杠杆、滑轮等简单机械，并进一步研究简单机械的机械效率.通过本章学习，我们应该对力学知识获得进一步理解：能从常见工具和器械中识别出杠杆和滑轮，知道杠杆、滑轮的特点和应用，会使用简单机械改变力的大小和方向，能正确计算简单机械的机械效率.本章可以分为两个部分，第一部分是第1、2节，学习杠杆、滑轮和其他一些简单机械.第二部分是第3节，机械效率、探究简单机械的机械效率和提高机械效率的方法.本章共分3节：1.第1节“杠杆”，本节讲述了杠杆的概念和分类，要求学生能从生活中的简单机械中识别出杠杆；本节有一个重要的实验“探究杠杆的平衡条件”，在教学中不仅要使学生通过探究活动得到结论性、规律性的知识，而且要通过探究活动掌握初步的科学探究方法.其中重点要学习怎样提出科学的猜想设计实验表格，培养收集数据、处理数据的能力.2.第2节“滑轮”，本节讲述了定滑轮、动滑轮的概念、特点和实质，并进一步学习了滑轮组的特点和组装，最后引导学生初步了解斜面和轮轴.本节也有一个重要的实验探究“研究定滑轮和动滑轮的特点”，这个实验探究让学生边思考边操作，自己摸索，学会安装滑轮，总结出两种滑轮的特点.3.第3节“机械效率”，本节是在学习了功、功率的计算的基础上，引导学生理解有用功、总功的概念并掌握机械效率的计算，知道实际提高机械效率的方法..【教学目标】1.在知识与技能方面：①认识杠杆、识别杠杆的类型，理解杠杆的平衡条件.②认识定滑轮、动滑轮，并能通过组装滑轮组改变力的大小和方向，解决简单的实际问题.③理解有用功、额外功、总功和机械效率的概念，理解额外功产生的原因，知道机械效率η1，会正确进行有关机械效率的计算.2.在过程与方法方面：探究杠杆的平衡条件，学习分析实验现象，寻找数据间的规律，归纳出实验结论的一般方法；亲自动手组装滑轮组，体会滑轮组的好处；通过参与探究斜面机械效率的活动，学习拟订简单的科学计划和实验方案.3.在情感态度与价值观方面：在实验中培养学生具有对科学的求知欲，乐于探究自然现象和日常生活中的物理学道理，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识.【教学重点】杠杆的平衡条件，滑轮及其应用；有用功、额外功、总功和机械效率的概念和相关计算、提高机械效率的方法.【教学难点】运用杠杆平衡条件进行计算，滑轮组的组装和省力分析，测斜面和滑轮组、杠杆等机械效率的方法.【课时建议】本章共有3节，建议6课时：第1节杠杆2课时第1课时杠杆的初步认识及平衡条件第2课时杠杆的分类和综合运用第2节滑轮1课时第3节机械效率2课时第1课时认识机械效率第2课时探究机械效率本章复习和总结1课时1.观察法：注意观察日常生活中使用的简单机械，通过生活经验以及具体事件的分析，加深对简单机械的理解；2.实验探究法：本章三节实验探究内容分别是：探究杠杆的平衡条件；研究定滑轮、动滑轮、滑轮组的特点；测量滑轮组的机械效率并探究其影响因素.第1节杠杆第1课时杠杆及其平衡条件课题杠杆的初步认识及平衡条件课型新授课教学目标知识与技能1．认识杠杆，了解关于杠杆的五要素（支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂）.2．理解杠杆的平衡条件，并会进行相关计算.过程与方法1.通过观察和实验，了解杠杆的结构，具有一定的观察能力、分析和概括能力.2.经历探究杠杆平衡条件的过程，学习分析实验现象，寻找数据间的规律，从中归纳出实验结论的一般方法.情感、态度与价值观1.关心生活、生产中杠杆的应用.2.培养学生探究合作交流的精神，以及在交流与讨论中所持的正确态度.教学重点杠杆的平衡条件，杠杆的结构.教具准备准备多媒体课件.教学难点力臂的概念及画法，变形杠杆的分析.教学课时1课时课前预习1.在力的作用下绕着固定点转动的硬棒叫杠杆.2.杠杆绕着转动的固定点叫做支点，使杠杆转动的力叫动力，阻碍杠杆转动的力叫阻力，支点到动力作用线的距离叫动力臂，支点到阻力作用线的距离叫阻力臂.3.当杠杆处于静止状态或匀速转动状态时，我们就说杠杆平衡了.4.杠杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，即F1×l1=F2×l2.巩固复习教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业，加强学生对知识的巩固.新课导入教师播放视频：关于撬棒、开瓶器、跷跷板、镊子、剪刀等物品在生产、生活中工作的情景.然后引导学生观察，并提出问题：在生产、生活中，这些工具起到了什么作用？它们有什么共同特点？学生观看，思考、讨论，回答：它们都是硬棒，这些硬棒在受力的时候，都能绕着一个固定的点转动.教师鼓励学生的回答，并引出杠杆的概念.板书：一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点转动，这根硬棒就叫做杠杆.下面我们就一起来认识并探究杠杆.进行新课知识点1杠杆的认识在我们生活中用到杠杆的地方很多，请同学们思考：（1）为什么杠杆必须是根“硬棒”？（2）杠杆必须是“直棒”吗？进行新课生1：如果杠杆不“硬”，在力的作用下它将很容易发生形变，不能工作，因此杠杆必须是硬棒.生2：杠杆定义中的硬棒指的是“不易变形”的物体，所以杠杆不一定是直棒，其形状可异.教师总结：一根硬棒能成为杠杆必须满足两个条件：一是要有力的作用，二是能绕固定点转动，缺少任何一个条件都不能成为杠杆，杠杆可以是直的也可以是弯曲的，还可以是某个机械组合的一部分.为了进一步了解杠杆，我们先来熟悉几个与杠杆有关的名词（教师用多媒体展示课件“杠杆的五要素、杠杆力臂的作法”，并进行讲解）.杠杆的五要素、杠杆力臂的作法（多媒体课件）1.杠杆的五要素：（如下图）（1）支点：杠杆绕着转动的固定点，常用O表示.（2）动力：使杠杆绕支点转动的力，常用F1表示.（3）阻力：阻碍杠杆转动的力，常用F2表示.（4）动力臂：从支点到动力作用线的距离，常用l1表示.（5）阻力臂：从支点到阻力作用线的距离，常用l2表示.2.力臂的作法：力臂是支点到力的作用线的距离，即支点到力的作用线的垂线段的长.作力臂的一般方法为：（1）找出支点并用O标出来；（2）通过力的作用点画出力的作用线（一般用虚线）；（3）过支点O向力的作用线作垂线，用符号标出垂足；（4）用花括号或两端带箭头的线段标出支点到垂足的距离，写上相应的符号（l1或l2），即为该力的力臂.例题1(用多媒体展示)如图甲所示，是一个Z形杠杆，请在图中画出力F对支点O的力臂l.解析：作力臂的步骤是：①找支点；②找力的作用线，即过力的作用点沿力的方向画一条直线（有的在图中已经标出力的方向）；③过支点作力的作用线的垂线段,标上垂足；④标上反向箭头或用花括号括起来，并在其旁边写上l1或l2.答案：如图乙所示.杠杆的平衡条件教师播放课件：使用杠杆搬动巨大石块的情景.请大家观看，同时提出问题：为什么借助杠杆可以完成呢？学生思考、讨论，回答：杠杆可以省力.同学们回答正确，很棒！但到底满足什么规律呢？好，下面我们来探究杠杆的平衡满足什么条件.教师引入杠杆平衡的概念：板书：杠杆处于静止状态或绕支点匀速转动的状态都叫杠杆平衡.教师请一位同学演示用不同的方式推门的效果：①在门把手附近用力推门；②知识拓展：支点一定在杠杆上，而力臂不一定在杠杆上;动力和阻力的作用点都在杠杆上.在门轴附近用力推门；③在同一位置沿不同的方向推门.并要求这位同学说出感受.教师引导学生提出猜想：推门时需要的动力可能与动力臂的长短有关，动力臂越长，需要的动力可能越小.教师引导学生进行实验“探究杠杆的平衡条件”：（1）小组讨论提出问题，作出猜想；（2）讨论并设计合理的实验方案；（3）进行实验，收集数据；（4）对数据进行分析，得出结论；（5）讨论实验中出现的问题.设计表格（供参考）师当杠杆在动力和阻力的作用下静止时，我们就说杠杆平衡了.在我们这个实验中第一步应该把杠杆在水平位置上调平，为什么这样做，请同学们思考一下（解释原因）.请同学们观察一下，如何才能达到这一目的呢？生：调平原因：为了保持杠杆初始处于平衡状态，测量力臂方便.我们可以通过调节平衡螺母使杠杆平衡.师那么在做实验的过程中能否再去调节杠杆的平衡螺母呢？生：不能.师为了统一标准，我们把支点右边的钩码当动力，支点左边的钩码当阻力.在这三次实验中同学们可任意的取三次值，让杠杆达到平衡.每四人一组，每组出一名同学负责随时记录数据.好，现在请同学们参照教材P77的实验步骤开始做实验.同学们能否找出一个规律来？生：动力×动力臂=阻力×阻力臂.师对，这就是我们这一节课要研究的杠杆平衡条件.板书：杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂.用字母表示，这个公式可以写成：F1l1=F2l2教师总结：这个平衡条件就是阿基米德发现的杠杆原理，这个关系式也可以写成下面的形式：1221FlFl.也就是说，当阻力和阻力臂一定时，所用的动力与动力臂成反比.即动力臂越大，所用的力就越小，这也就可以解释为什么我们可以用较小的力产生较大的力了.例题2如图所示，一根木棒AB在O点被悬挂起来，AO=OC，在A、C两点分别挂有两个和三个相同的钩码，木棒处于水平平衡.如果在木棒的A、C两点各增加一个同样的钩码，则木棒（）A.绕O点顺时针方向转动B.绕O点逆时针方向转动C.仍保持平衡D.平衡被破坏，转动方向不定解析：由题意知，杠杆重心应在O点左侧，设一个钩码自重为G，杠杆重力的力臂为lO,杠杆重力为GO,AO=OC=l，则有：2G×AO+GO×lO=3G×OC,即2GL+GOlO=3Gl，所以GOlO=Gl；两边再各加一个钩码后：左边=3G×AO+GOlO=3Gl+GOlO=3Gl+Gl=4Gl,右边=4G×OC=4Gl，因为两边力和力臂的乘积相等，所以杠杆平衡.答案：C教学板书课堂小结通过这节课的学习，我们共同学习了杠杆的相关知识，知道了一个硬棒在力的作用下能绕固定点转动，我们就说它是杠杆.我们也了解了杠杆的特点、好处，最重要的是我们探究了杠杆的平衡条件，还能够根据杠杆的平衡条件进行分析、判断和简单计算，解决实际生产、生活中的一些问题.教材习题解答动手动脑学物理（P80）2.在图12.1-6中分别画出钳子、自行车手闸这两个杠杆（图中深色部分）工作时的支点、动力和动力臂、阻力和阻力臂.4.搬运砖头的独轮车，车箱和砖头所受的总重力G=1000N，独轮车的有关尺寸如图12.1-8所示.推车时，人手向上的力F应为多大？2.解答：如图所示：解析：钳子是由两个杠杆组合而成，分析下面那个杠杆AOB，找出支点O，动力作用点A及阻力作用点B，应用杠杆的平衡条件分析，知道动力和阻力的作用方向都是向上的，然后分别作出动力臂和阻力臂，同理可分析得出自行车手闸的示意图.4.解答：21122110000.33001GlNmFlFlFNlm由知例题3如图所示，利用铁架台、带有刻度的杠杆、细线、数量足够的钩码等实验器材探究杠杆的平衡条件.特别提醒：杠杆在水平位置平衡，此时杠杆自身重力的力臂为零.杠杆自身重力对杠杆平衡不产生影响，且力臂大小可直接从杠杆上读出，测量非常方便.教材习题解答（1）实验前杠杆如图所示，为使杠杆处在平衡状态，应将螺母B向（选填“左”或“右”）调.（2）记录实验数据的表格如下表，请将表头栏目、实验所记录的数据补充完整.解析:（1）实验前没有挂钩码时，应使杠杆在水平位置平衡，这样可以尽量减少杠杆自重对实验的影响，另外便于直接从杠杆的刻度尺上读取力臂.根据“右高右调，左高左调”的原则，杠杆右端高，应将杠杆右端的平衡螺母B向右调.因为影响杠杆平衡的因素有动力、阻力、动力臂、阻力臂四个因素，所以记录实验数据的表格中应有这四项内容，故①空处应填写“动力F1/N”，②空处应填写“阻力臂l2/m”，根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2可知第2次实验中有4N×0.4m=8N×l2,则阻力臂l2=0.2m，第3次实验中有5N×l1=6N×0.25m，则动力臂l1=0.3m.答案：（1）水平右（2）①动力F1/N②阻力臂l2/m③0.2④0.3布置作业：教师引导学生课后完成本课时对应练习，并提醒学生预习下一课时的内容。教学反思1.杠杆这节的教学重点是要求学生能根据杠杆的五要素把生活中的杠杆模型和理想的理论模型结合