资源描述
第二节 学生实验：探究杠杆
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
六、教学过程
环节
教师活动
学生活动
探
究
情
境
的
创
设
教师播放视频：（天工开物——杆秤）
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？
观看视频，感悟我国古代人民的智慧。
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、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。
环节
教师活动
学生活动
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？
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。
设
计
实
验
收
集
数
据
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。
实验器材：
O
杠杆、铁架台、钩码（盒）、细线。
想一想：
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。
观察实验器材。
思考问题，并试图设计实验步骤。
环节
教师活动
学生活动
设
计
实
验
收
集
数
据
O
学生实验：（教师巡回指导）
温馨提示
1.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）；一个格5 cm。
实验记录表
动力
F1/N
阻力臂
L2/cm
阻力
F2/N
动力臂
L1/cm
根据制订的实验计划分组进行实验，获取实验证据。
分
析
实
验
数
据
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）
实验记录表一
动力
F1/N
阻力臂
L2/cm
阻力
F2/N
动力臂
L1/cm
2
10
1
5
2
10
2
10
2
10
3
15
2
10
4
0
2
10
5
25
小组汇报实验数据，其他小组的同学将数据与本组数据做简单的比较。
环节
教师活动
学生活动
分
析
实
验
数
据
二组汇报数据：（教师在excel中输入数据）
实验记录表二
动力
F1/N
阻力臂
L2/cm
阻力
F2/N
动力臂
L1/cm
2
5
1
2.5
2
5
2
5
2
5
3
7.5
2
5
4
10
2
5
5
12.5
教师利用excel分析数据拟合公式：
实验数据分析图一
实验数据分析图二
共同分析：
根据实验数据图一拟合出动力臂与阻力的关系式是：L1(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：L1(动力臂)＝2.5F2(阻力)
观察并学习教师利用excel软件分析数据。
观察并学习教师利用excel软件拟合表达式。
根据拟合公式推导、转化成表达式。
环节
教师活动
学生活动
交
流
评
估
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？
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（10、2.5）实质是“阻力臂”与“动力”的比值。
总
结
结
论
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L1和L2表示；动力和阻力分别用F1和F2表示，则动力臂与阻力的关系式可表示为：L1＝F2
利用数学演绎法，可以推导出以下两个公式：
F1×L1＝F2×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。
预想回答：
动力臂＝阻力。
思考、演绎推导。
回忆探索过程，领悟知识的由来。
拓
展
应
用
1.在图1中，若将杠杆两端的钩码各取下一个，杠杆还平衡吗？为什么？
2.在图1中，若将杠杆两端的钩码都向支点移动相同的距离，杠杆还平衡吗？为什么？
3.如图2所示，杠杆平衡吗？为什么？
O
F1
F2
环节
教师活动
课
后
探
究
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。
探究2：在杠杆平衡时，阻力和阻力臂保持不变，探究动力跟动力臂的关系。
探究器材：
O
0
1
N
2
3
4
5
0
1
2
3
4
5
温馨提示
1． 实验前要先调节杠杆水平平衡。
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，保证实验中不超过测力计的量程。
4． 每个钩码重力约为1 N。
5． 根据实验数据总结结论。
拓
展
研
究
背景：
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。学生拥有比较充分的发现权、思考权、发言权，体现了学生是学习的主人。
3.利用excel电子表格的强大的运算功能，对数据进行分析，拟合函数式。帮助学生高效地完成探究活动，基本实现了计算机信息技术与教学过程的有效整合。为探索信息技术与物理课堂教学的整合提出了发展方向。
九、板书设计
学生实验：探究杠杆
杆秤的原理： 动力臂＝阻力
杠杆的平衡条件：F1×L1＝F2×L2
＝
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