《探究杠杆的平衡条件》教学设计.docx

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《探究杠杆的平衡条件》教学设计

《探究：

杠杆的平衡条件》教学设计

【课题】探究：

杠杆的平衡条件

【教学时间】15分钟

【教学对象】九年级学生

【教材】人教版物理九年级第十三章第四节

【教材分析】

1.教学内容的地位及作用：

本章内容为力和机械，杠杆是最重要的一种简单机械，而杠杆的平衡条件是应用杠杆的基础，所以本节教学内容是本章的核心。

在本节之前，学生已经学习了弹力、重力、摩擦力等基本力，对力学知识有一定的了解；同时，学生已经认识了杠杆，学习了杠杆的五要素。

杠杆的平衡条件既是上述内容的深化与拓展，又为高中力矩及力矩平衡的学习作好铺垫。

2.教学内容的背景：

阿基米德在《论平面图形的平衡》一书中最早提出了杠杆原理（即杠杆平衡条件）。

古代埃及人就曾经运用过杠杆修建金字塔，我国古代也有许多运用杠杆的实例，这些背景将成为本节课重要的课程资源。

3.教学内容编写意图：

杠杆是一种最简单的机械，教材编者以生活中几种常见的杠杆图片作为“杠杆的平衡条件”的先行者材料，然后，编者以探究的方式逐步展开“杠杆的平衡条件”内容，虽然教材并没有强调科学探究每一步骤，但浅显易懂的叙述语言能对学生进行探究起到良好的引导作用，最后编者以栏目：

科学世界——杠杆的应用，将杠杆与生活进行密切联系，体现了从生活走向物理，从物理走向社会的课程理念。

【学生分析】

1.学生的知识基础：

通过前一节课的学习，学生已经认识了杠杆，学习了杠杆的五要素。

2.学生的心理特点：

学生对物理实验进行实际操作有极大兴趣，并乐于对物理学习内容进行探究。

3.学生的思维能力：

初中生的思维处于从形象思维向抽象思维的过渡阶段，初中物理教学需要丰富的具体形象材料支持，生活中丰富的课程资源以及学生较好的抽象思维能力有助于学生将物理事实抽象为物理模型。

4.学生的学习目的：

一方面通过探究杠杆的平衡条件，能更好地利用杠杆为自身服务。

另一方面通过经历探究的过程，体验科学探究的乐趣，学习科学探究的方法。

【教学目标】

1.知识与技能

⑴知道影响杠杆平衡的因素。

⑵理解杠杆的平衡条件。

⑶会应用杠杆的平衡条件解释简单问题。

2.过程与方法

⑴经历探究杠杆平衡条件的过程，学习寻找数据间规律，从中归纳出结论。

⑵在探究杠杆平衡条件的过程中，学习科学探究和理论演绎的方法。

3.情感态度与价值观

⑴意识到在科学探究中合作精神的重要性，养成实事求是对待实验结果的态度。

⑵在科学探究中，体验到学有所得的快乐，感受到物理就在身边的乐趣。

⑶介绍我国古代杠杆舂和杆秤，激发热爱祖国的情怀。

【教学重点】

通过观察与实验，探究及归纳杠杆的平衡条件。

【教学难点】

通过观察，让学生确信影响杠杆平衡的因素有力、力臂。

【教学策略设计】

1.教学组织形式

新物理课程标准明确提出注重科学探究的学习方式，本节课作为一节探究课，主要是通过教师创设情境，师生之间进行有效的交流与合作，让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识。

2.教学方法

⑴实验探究法

本节课为探究课，首先由教师提出问题，学生根据生活经验发挥想象力并作出猜想；接着教师供给学生杠杆模型，使学生有具体的形象材料设计实验，帮助学生从形象思维向抽象思维转化。

学生在实验过程中，一边动手，一边动脑，手脑并用，既对杠杆的平衡条件有生动形象的感性认识，又培养了实事求是的科学态度。

⑵讲授法

首先通过教师的演示实验“蜡烛跷跷板”和“伸缩棒”，辅以教师生动有趣的描述，调动学生的积极性，让他们在讨论中得出答案。

接着，由教师提出问题，引导学生自己设计实验方案，并进行自主探究，充分体现学生的主体性。

3.学法指导

在本节课中，通过教师的两个演示实验和教师给出的跷跷板、筷子模型，为学生提供学习的先行组织者。

基于前面感性认识，学生以小组为单位进行实验探究。

接着，学生分析数据，运用归纳演绎法，探究出实验规律。

最后，综合两小组的实验结果，得出杠杆的平衡条件。

【教学资源】

1．器材：

教师改装的杠杆、自制杆秤、铁架台、钩码、弹簧测力计、蜡烛、粗针、茶罐、打火机、伸缩棒、细线。

2．多媒体课件：

“神秘金字塔”、“天工开物——杆秤”的视频，生活中杠杆的图片，杠杆的flash，伟大物理学家阿基米德的图片等。

【教学流程】

1．教学流程说明

⑴创设情景播放金字塔视频，使学生产生浓厚的兴趣，并表明本节课学习内容能揭开金字塔建造之谜，激发他们对本节课的学习热情。

⑵知识回顾让学生回顾杠杆的定义及五要素，为学好本节课奠定基础。

⑶探究新知先由教师说明何为杠杆平衡，再通过两个小实验得出影响杠杆平衡的因素，然后让学生分为两组设计实验，使其经历较完整的科学探究过程，探究出杠杆的平衡条件。

在评估阶段，教师提出疑问，由学生在课后自主探究。

⑷总结提高首先介绍杠杆平衡条件即杠杆原理的最早提出者——阿基米德，紧接着揭开金字塔之谜，让学生感受到杠杆平衡条件的魅力；然后，介绍我国古代杠杆，让学生体会我国古代人民的聪明才智；最后，回顾探究的整个过程，让学生巩固科学探究方法。

⑸布置作业制作杆秤，既培养了学生的动手动脑能力，又加深了学生对杠杆平衡条件的理解和体会。

2．教学流程图

【教学过程】

1.创设情景，引入新课（1分钟）

创设情景：

同学们，我们知道埃及的金字塔是世界八大奇迹之一。

数千年来，金字塔促发了众多奇妙的神话与传奇，也抛出了许多难解的科学谜题。

播放介绍埃及金字塔建造的视频（约20秒）。

引入新课：

构成金字塔的230万块巨石，每块重达50公吨，如此巨大而沉重的石头，单靠人的力量，搬得动吗？

相信同学们学完今天这一节课，就能探究出其中的奥秘了。

2.回顾知识，奠定基础（1分钟）

利用多媒体课件播放杠杆图片，筷子、钓鱼竿、赛艇的桨、起重机。

引导学生回忆杠杆的定义及其五要素。

3.进行新课，探究新知（11分钟）

⑴杠杆平衡

在现实生活中，人们使用杠杆，有时需要杠杆静止，比如用天平称量物体；有时需要杠杆转动，比如用锤子起钉子。

我们将处于静止状态或匀速转动状态下的杠杆，称为杠杆平衡。

人们是在杠杆平衡或非常接近平衡的条件下使用杠杆的，那如何才能使杠杆平衡呢？

教师引导：

要研究杠杆的平衡，首先要确定研究哪种状态下杠杆的平衡更容易些，是静止状态下的平衡还是匀速转动状态下的平衡呢？

学生回答：

静止状态下的平衡。

教师引导：

确定了所要研究的状态，接下来就需要知道影响杠杆平衡的因素有哪些。

让我们一起通过两个小实验来探究一下吧！

⑵探究影响杠杆平衡的因素

①实验一：

蜡烛跷跷板

教师引导：

同学们，现实中的跷跷板我们玩过了，现在我们来看看，用蜡烛做的跷跷板是怎么玩的？

同学们先想象一下，当蜡烛的右端点燃，烛油开始往下滴，蜡烛会发生什么变化呢？

学生猜想：

蜡烛的右端变轻，会往上升。

教师引导：

现在老师将蜡烛的右端点燃，验证同学们的猜想。

猜想是正确的。

接下来点燃蜡烛的左端，蜡烛上下转动起来了，形成了蜡烛跷跷板。

那么，破坏蜡烛跷跷板平衡的因素是什么呢？

有没有同学发现了？

实验结论：

影响杠杆平衡的因素是动力、阻力。

②实验二：

“伸缩棒”小实验

教师引导：

下面我们利用教鞭的伸缩性来进行第二个实验。

老师用细线拴住教鞭的重心，然后将它悬挂起来，教鞭在水平的位置平衡了。

接着，将教鞭的右端往里缩，这时，教鞭的右端什么量改变了，什么量没变？

学生回答：

力臂改变了，所受的重力没有变化。

教师引导：

好的。

现在再次将教鞭悬挂起来。

同学们看，教鞭倾斜了，它不平衡了，破坏教鞭平衡的因素是什么呢？

同学们思考一下。

实验结论：

影响杠杆平衡的因素是动力臂、阻力臂。

⑶探究杠杆的平衡条件

提出问题杠杆平衡时,动力、阻力、动力臂、阻力臂四者可能满足什么关系?

猜想与假设

猜想1：

动力+动力臂=阻力+阻力臂；

猜想2：

动力-动力臂=阻力-阻力臂；

猜想3：

动力×动力臂=阻力×阻力臂；

猜想4：

动力/动力臂=阻力/阻力臂；

……

教师提问：

能不能是动力±动力臂，例如3N±1m？

学生回答：

不能。

因为两个量的相加、减，必须是相同的物理量，其单位必须相同。

制定计划与设计实验

教师引导：

同学们发挥了想象做出了各种猜想，接下来就要通过设计实验，验证你们的猜想。

教师提供两种类型的杠杆。

一种是跷跷板，它的动力和阻力在支点的两侧（通过分析跷跷板图片）；一种是筷子，它的动力和阻力在支点的同一侧（通过分析筷子的flash）。

请学生分为两组，第一小组以跷跷板为模型设计实验，第二小组以筷子为模型设计实验。

请根据实验需要选择相应的器材。

提供的实验器材：

杠杆，铁架台，50g钩码若干，弹簧测力计。

教师提示：

我们在第十一章学习了天平的使用，它要求天平使用前要使横梁平衡。

杠杆也如此，在使用杠杆进行实验前，要使它静止在水平位置。

注：

教师对杠杆进行改装，方便学生判断杠杆是否在水平位置平衡。

首先，在杠杆的中部安装一个条形透明塑料板，在条形板的中间有一条与杠杆垂直的直线，它与杠杆的中垂线重合。

接着，在杠杆的支点处安装一个铅垂线。

那么，当直线与铅垂线重合时，杠杆就在水平位置平衡。

进行实验与收集数据

根据设计的实验，学生亲自动手，实际操作，探究杠杆的平衡条件。

第一小组及第二小组探究过程如下。

第一小组探究过程：

①以跷跷板为模型设计实验

②实验前准备工作

③进行实验并记录数据

④改变力和力臂的数值，再做三次实验

第二小组探究过程：

①以筷子为模型设计实验

②实验前准备工作

③进行实验并记录数据

④改变力和力臂的数值，再做三次实验

学生在实验过程中，注意分工合作。

另外，教师将对各个小组进行指导，并提出问题，加深学生对实验的理解。

问题1：

杠杆两端装置两只可调节的螺母，能起什么作用?

答：

调节杠杆自身的平衡。

问题2：

为什么要求杠杆静止时，在水平位置呢?

答：

因为这样力臂的数值在杠杆上就能直接读出。

问题3：

弹簧测力计能斜着拉吗？

答：

不能，这时力臂不在杠杆上，不能直接读出。

实验数据记录于下表：

次数

物理量

1

2

3

4

F1/N

L1/cm

F2/N

L2/cm

分析与论证

学生做完了实验也收集了数据，接下来还有非常重要的一步，就是分析数据。

开普勒通过分析行星角位置的观测数据，找出了行星运动的规律；一个企业的领导人要通过市场调查，才能制定合适的生产及销售计划。

因此，学会分析数据是十分重要的。

请学生以小组为单位，分析收集的数据，看看其中隐含着怎样的规律？

与之前的猜想是否一致？

第一小组的结论：

动力×动力臂≈阻力×阻力臂。

第二小组的结论：

动力×动力臂≈阻力×阻力臂。

教师引导：

同学们思考一下，为什么你们得出的规律是“约等于”呢？

是不是杠杆的平衡条件不是一条确定性的规律呢？

学生回答：

不是，应该是由实验误差造成的。

教师引导：

实验误差是哪里来的？

学生回答：

可能是实验仪器精确度不够，也可能是实验过程中读数不够仔细。

所以杠杆的平衡条件应该是动力×动力臂=阻力×阻力臂。

实验结论：

杠杆的平衡条件是动力×动力臂=阻力×阻力臂。

评估

实验反思：

以上实验过程，设计是否合理？

结论是否可靠？

还需要进一步完善吗？

教师提问：

在日常生活中，有许多杠杆的重心都不在中心，比如老师的教鞭，这时杠杆平衡条件还成立吗？

4.强化知识，总结提高（1.5分钟）

⑴杠杆的平衡条件也称为杠杆原理

杠杆原理是阿基米德最早提出来的，他曾经说过：

“给我一个立足点和一根足够长的硬棒，我就能撬动地球。

”由此可见杠杆的作用之大。

⑵揭开金字塔之迷

古埃及人建金字塔时利用了杠杆的平衡条件，假定古埃及人对杠杆施加的是动力，那么，动力臂越长，动力就越小。

这就起到四两拨千斤的作用。

⑶介绍人文知识——我国古代的杠杆舂和杆秤

①播放图片介绍杠杆舂。

②播放视频介绍杆秤（约15秒）。

⑷小结

回顾科学探究的整个流程，让学生掌握科学探究的方法。

5.延续课堂，布置作业（0.5分钟）

展示教师自制的杆秤，鼓励学生发挥创造力，亲自动手制作杆秤。

要求：

利用杠杆的平衡条件。

【板书设计】

课后补记

关于教师

关于学生

关于教学评价

本教学设计的创新之处

教学手段的创新：

在学生设计实验探究杠杆平衡条件时，教师提供两种类型的杠杆。

帮助学生将现实中的杠杆抽象为杠杆模型，培养学生的抽象思维能力。

另外，为方便学生判断杠杆是否在水平位置平衡，教师对杠杆进行了改装。

首先，在杠杆的中部安装一个条形透明塑料板，在条形板的中间有一条与杠杆垂直的直线，它与杠杆的中垂线重合。

接着，在杠杆的支点处安装一个铅垂线。

那么，当直线与铅垂线重合时，杠杆就在水平位置平衡。

多媒体运用创新：

在新课导入环节中，通过播放金字塔图片，金字塔建造之谜的视频，一方面引起学生的学习热情、探究欲望，另一方面引出本节课所要学习的杠杆平衡条件。

在总结提高环节中，通过播放杆秤的视频，使学生对这一历史悠久的杠杆有所了解，并为制作杆秤这一作业的布置奠定感情基础。

教学活动的创新：

在探究影响杠杆平衡的因素时，通过教师的两个演示实验，创设师生间有效交流的情景，寓教于乐，使学生确信影响杠杆平衡的因素有力和力臂。

在探究杠杆的平衡条件时，由学生进行自主探究，教师在旁指导。

通过学生之间的合作，最终归纳总结出杠杆的平衡条件。

本节课突破了以教材为主的课堂教学模式，让学生在探究中、合作中学到知识。

这不仅激发了学生学习的兴趣，调动了学生学习的积极性，更让学生成为学习的主人。

学科知识处理创新：

本节教材关于杠杆平衡的说明为：

当杠杆在动力和阻力作用下静止时，我们就说杠杆平衡了。

在参考北师大版、上教版的基础上，本人对其进行了补充，即：

处于静止状态或匀速转动状态下的杠杆，称为杠杆平衡。

附：

人教版物理九年级第十三章第四节教材