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科学探究:杠杆的平衡条件导学案
学习目标、重点、难点
【学习目标】
1、能从生活生产劳动中识别杠杆,并能在杠杆上确认动力阻力、支点、动力臂、阻力臂。
2、能根据一定的标准对杠杆进行分类。
3、通过参与科学探究活动,能对杠杆的平衡条件进行猜想和假设,并设计出验证方案,能对获得的数据进行分析处理得出杠杆的平衡条件。
【本节重点】杠杆的平衡条件
【本节难点】力臂的画法
本节知识概览图
杠
杆
新课导引
如图所示的漫画是小猴和小兔分萝卜吃的情景,小兔认为自己胜利了,而小猴却认为小兔中计了.
小猴与小兔谁分到的萝卜重?
教材精华
知识点1认识最简单的机械——杠杆
定义:在力的作用下,能绕某一固定点转动的硬棒,物理学中叫做杠杆。生产、生活中杠杆的实例,如刀:瓶器、扳手、剪刀、天平、核桃钳、撬棍、铡刀、案秤、起重机、缝纫机踏板等.
杠杆的五要素.
支点:杠杆绕着转动的固定点,用“O”表示;
动力:使杠杆转动的力,用“F1”
阻力:阻碍杠杆转动的力,用“F2”表示;
动力臂:从支点到动力作用线的距离,用“l1”
阻力臂:从支点到阻力作用线的距离,用“l2”表示.(如图9—
力臂的画法.
要正确画出杠杆上各力的力臂,首先要明确力臂的概念——力臂是从支点到力的作用线的距离,这是解决杠杆问题的关键,然后按下述步骤进行即可.
(1)首先在杠杆的示意图上,确定支点O.
(2)画好动力作用线及阻力作用线,画的时候要用虚线将力的作用线延长.
(3)再从支点O向力的作用线引垂线,画出垂足,则从支点到垂足的距离就是力臂,力臂用虚线或实线表示,并用大括号标出,在旁边标出字母l1或l2,分别表示动力臂或阻力臂.
知识点2杠杆的平衡条件
杠杆平衡的含义:在力的作用下,如果杠杆处于静止状态或绕支点匀速转动时,我们就可以认为杠杆平衡了.
杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂,即,用公式表示为,即,也称为杠杆原理.
利用杠杆的平衡条件计算F1,F2,l1,l2四个物理量时,只要已知其中的任意三个量,或已知其中的一个力和两个力臂的比,或已知其中的一个力臂和两个力的比,就可以由求得未知的那个力或力臂.
探究实验
[提出问题]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.杠杆平衡时,动力、动力臂和阻力、阻力臂之间存在着怎样的关系?
[猜想与假设]既然探究杠杆的平衡条件,那么动力、动力臂、阻力、阻力臂之间便可能存在某种关系.由此可作出如下猜想:
A.动力+动力臂=阻力+阻力臂B.动力-动力臂=阻力-阻力臂
C.D.动力×动力臂=阻力×阻力臂
[制订计划与设计实验]如图9—4所示的实验装置,探究动力、动力臂、阻力、阻力臂之间的关系.前面A,B的猜想显然不合理,因为两个量的相加或相减,其单位必须相同,而力与力臂的单位是不同的.因此下面我们主要检验C,D两种猜想是否合理.
[实验器材].1杠杆和支架(如图9—4所示)、钩码、尺、线.
[进行实验与收集证据](])调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡.
(2)按照图9—4那样,在杠杆两端挂上不同数目的钩码,调节钩码的位置,使杠杆在水平位置重新平衡,这时杠杆两边受到钩码的作用力都等于钩码重力.
(3)把支点右方的钩码重力当做动力F1,支点左方的钩码重力当做阻力F2;用尺量出(或直接读出)杠杆平衡时的动力臂l1和阻力臂l2;把F1,l1,F2,L2的数值填入下表中.
(4)改变钩码的数目,移动悬挂的位置,使杠杆:平衡,将数据填入下表中.
实验序号
动力F1/N
动力臂l1/m
阻力F2/N
阻力臂l2/m
1
1
2
2
3
2
1
[分析论证]从上表中记录的实验数据进行分析处理,与上面的猜想与假设对照,可以发现每次实验中动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积.
[得出结论]杠杆的平衡条件是:动力×动力臂=阻力×阻力臂,或写成.
[实验要点解析]在实验过程中绝不能再调节螺母.因为实验过程中再调节平衡螺母,就会破坏原有的平衡.
知识点3杠杆的分类及应用
根据杠杆的平衡条件,可以把杠杆在应用中分为三种情况:
(1)省力杠杆:动力臂大于阻力臂,动力小于阻力,用较小的动力就可以克服较大的阻力,所以能省力,但是费距离.例如:手推车、瓶盖起子、扳手等.
(2)费力杠杆:动力臂小于阻力臂,动力大于阻力,因此费力,但能省距离.例如:理发剪刀、镊子、钓鱼竿等.
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