《学生实验探究杠杆》word 省优获奖教案.docx
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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：
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
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（1N）；一个格5cm。
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？
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：
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
＝
比热容
【学习要求】
1、知道热量的初步概念；
2、知道什么是物质的比热容；
3、会根据水的比热容较大这一特性解释一些物理现象；
4、会根据吸放热公式进行有关热量的计算。
【例题选讲】
例1．下列说法中正确的是（）
A、一杯煤油用去一半，它的比热减为原来的二分之一
B、吸收热量多的物体比热一定大
C、高温物体放出的热量一定多
D、质量相同的水和煤油吸收了相同的热量，煤油升高的温度大于水升长高的温度
例2、把质量为500克，温度为40°C的铝块加热到100°C，铝块吸收了多少热量？
如果这些热量用来给水加热，能使多少20°C的水升高到40°C？
例3、利用太阳能将2000千克的水从15°C加热到50°C，吸收的热量是多少？
相当于完全燃烧多少千克的烟煤？
（烟煤的燃烧值为2.9×10
焦/千克）
例4、质量不同，初温相等的大、小两个铁块，吸收了相等热量后将它们接触，则大、小铁块之间有没有热传递，为什么？
例5、在沙漠地区有“早穿皮袄午穿纱，夜抱火炉吃西瓜”的奇特现象．而沿海地区是“气候宜人，四季如春”，这表明水对气温有显著影响，是因为（）．
A．水的透明度高，容易吸收太阳能B．水的比热容比沙石的比热容大
C．水在蒸发时有致冷作用D．水的对流性能好
思路点拨：
沙漠地区缺水且多沙石，沙石的比热容较小，夜间沙石散热较多，温度降低较快，因而早晨气温较低；午间在阳光的照射下，沙石吸热后温度升高较快使得气温迅速升高，于是出现昼夜气温差别较大的现象．而沿海地区水多，水的比热容较大，海洋与沙漠地区在同样散热的情况下，海洋的温度降低不多，夜间气温不太低，白天气温也不会升得过快，所以，沿海地区昼夜温差不大．选项B正确．
例6、给一定质量的水加热，其温度与时间的关系如图15-4中a图线所示。
若其他条件不变，仅将水的质量增加，则温度与时间的关系图线正确的是
A．aB．bC．cD．d
【课上检测题】
一.填空题：
1.比热是物质的一种，水的比热是J（kg·℃）其物理意义是。
2.冬天供暖用的散热器中盛的是水，原因是。
3.一个杯子热水，放一段时间后，水的温度会降低，但其不变，喝掉一部分后，其质量减小，但仍不变。
4.可以用来量度内能的改变，各种形式的能量的单位都是。
5.用打气筒给车胎打气时，气筒的温度会升高，这主要是由活塞对空气使空气的增加的缘故。
6.2001年3月，和平号空间站完成使命，安全坠入南太平洋海域，当“和平”号进入稠密大气层时，燃起了熊熊大火，这是通过方法改变了它的内能，在“和平”号坠入南太平洋的过程中，它的势能（填增加、不变、减少）
7.物体之间发生热传递的条件是存在。
8.热传递实质是能量从物体传到物体，或从同一物体的
传到的过程。
9.和在改变物体的内能上是等效的，因此，用或用
来量度物体内能的改变。
10.铜的比热是铅的3倍，铜块温度升高6℃所吸收的热量可以使同质量的铅块温度升高℃。
二.选择题：
1.下列过程中，用做功的方法改变物体内能的是（）
A.用凸透镜在太阳光下取火B.用火炉来取暖
C.钻木取火D.用热水袋使身体变暖
2.用铁锤敲打铁钉时，铁钉的温度会升高，对这一现象解释正确的是（）
A.铁钉的动能增大了B.铁钉的机械能减小了
C.铁锤对铁钉做了功D.铁钉的机械能减小
3.用力将钉在木板中的钉子拔出时，钉子会变热，其原因是（）
A.钉子是用铁制成的B.拔出时钉子是运动的
C.钉子与木板之间有摩擦，克服摩擦做功，使钉子的内能增加
D.拔钉子时用的力太大
4.下列实例中，属于做功使物体内能增加的是（）
A.冬天，人站在阳光下感到暖和B.把一壶水放在炉灶上加热
C.用锯锯木头时，锯条温度升高
D.空调释放出的冷气，使房间温度降低
5.一个物体的温度升高了，那么物体（）
A.一定有物体对它做功B.一定是从外界吸收了热量
C.内能一定增加了D.一定对外做了功
6.关于热量、温度、内能之间的关系，下列说法中正确的是（）
A.物体的温度升高，它的内能一定增加
B.物体吸收了热量，温度一定会会升高
C.物体的内能增加了，一定是吸收了热量
D.物体的温度降低了，一定是放出了热量
7.把一个质量一定的物体分成两部分，其质量之比为
，则它们的比热之比是（）
A.
B.
C.
D.
8.下列说法中哪些是正确的（）
A.比热与热量有关，物质吸收或放出的热量越来越多，比热也越大
B.温度，质量相同的不同物体，比热大的含的热量多
C.单位质量的某种物质，温度降低1℃时，放出的热量也可以叫做该物质的比热
D.物体的温度越高，质量越大，比热就越大
9.质量相等的一个铁球和一个铝球，它们都升高了1℃，则（）
A.放出的热量相等B.体积变的相同
C.吸收的热量不一样多D.比热变得相同
10.0℃的冰熔化成0℃的水时，则（）
A.0℃的冰比0℃水含的热量少B.水和冰的比热不相等
C.0℃的冰不含有热量D.水的质量大于冰的质量
11.将比热不同的铝和铁同时放入一杯热水中则下列说法正确的是（）
A.铝吸收的热量多B.铁吸收的热量多
C.铝和铁吸收的热量相同D.无法确定
12.质量相等的水和酒精放出了相等的热量，那么（）
A.水的末温一定比酒精低B.水的末温一定比酒精高
C.水降的温度一定比酒精多D.水降的温度一定比酒精少
13.已知
，升高的温度之比为
，吸收的热量
，则甲乙两物体的比热之比是（）
A.
B.
C.
D.
14.使质量相等的铜块和铁块同时从沸水中取出来，并放在冰上，能使冰融化得较多的金属是（）
A.铜块B.铁块C.可能是铜块也可能是铁块D.无法确定
三.计算题：
1.假设太阳垂直照射到地面上，每
的面积上，每年可获得428400J的热量，用这些热量给水加热可以使多少kg水从20℃升高到60℃？
2.洗澡时，假设热水管内每小时流出80℃的热水20kg，为了得到温度为40℃的温水来洗澡，求每小时冷水管应流出多少kg15℃的冷水？
【中考新题】
1、（多选题）下列现象可能发生的是
A．不用加热也能使物体温度升高
B．对沸腾的水加热，水温不断升高
C．压缩物体时，物体内部的分子只存在斥力，不存在引力
D．水温越高，糖在水中扩散越快
2、对以下现象解释正确的是
A.夏天，从冰箱里取出的易拉罐过一会儿外壁出现了小水――蒸气凝华
B.烈日下，在海边玩耍常感觉沙子比水烫――说明沙子的比热容比水大
C.两杯质量相同的热水和冷水，往其中各加一块糖，过一会儿品尝，热水较甜――温度越高，热运动越剧烈
3、水比热容较大的性质，在日常生活、生产、技术中有着广泛的应用。
下列事例
中哪个不是应用这一性质
A．北方冬天，用热水循环来供暖
B．初春傍晚，在秧田里灌水可防止秧苗冻坏
C．用水来冷却汽车的发动机D．夏天给教室洒水，感觉凉爽
4、下列说法正确的是
A．高温物体的内能一定大B．内能大的物体，温度一定高
C．物体的内能变小，温度一定降低D．物体的内能变小，温度可能降低
5、湛江是一个美丽的海滨城市，气候宜人，昼夜温差小，这是由于海水的比热容比沙石的比热容____________的缘故（填“大”或“小”）．但由于工业和交通每天消耗大量燃料，大部分成为环境热源，城市人口过多、高楼林立等原因，从而使市区温度比乡村温度高，这就是人们常说的_____________效应．近几年来，湛江市区增加了大量绿地，绿地中的人工湖具有“吸热”功能，某人工湖的湖水质量约为2×107kg，当水温升高20C时，则湖水吸收的热量为__________J，盛夏时节能大大减弱周围地区的上述效应．[水的比热容为4.2×103J／（kg·℃）]
6、制冰厂工人，用冰钩夹着巨大的冰砖轻松在地上拖行,是因为冰砖在滑行过程中，底面的冰由于克服而使它的，冰（选填物态变化名称）成水，从而减小了与地面间的.
7、比热容是物质的一种特性。
用同种物质制成两个质量不等的物体，其比热容
（填“相同”或“不同”）。
质量均为1kg的铜块[c铜=3.9×102J/（kg·℃）]和铅块[c铅=1.3×102J/（kg·℃）]，如吸收了相等的热量，则铜块与铅块升高的温度之比为；若铜块温度升高了100℃，则它吸收了
J的热。
8、小兰在做早餐时发现，同样情况下，煮沸一锅牛奶要比煮沸同样多的水快，这是为什么呢?
请你运用所学的物理知识，针对其中的原因，提出一个猜想，并简述验证这个猜想的办法。
（1）你的猜想是：
________________________________________；
（2）验证猜想的办法是：
___________________________________
____________________________________________________________
9、植树造林既可提高农民经济收入，又可以优化生态环境，调节气温．据某新闻媒体报道，一万平方米的森林每秒钟吸收的太阳能约为1.2×l05J，如果这些太阳能全部被初温为25℃，质量为50kg的干泥土所吸收，那么可使这些干泥土的温度升高到多少℃?
[干泥土的比热容c=0．8×103J／（kg·℃）]
【知识点归纳】
1、比热容是反映物质的热学特性的物理量，每千克的某种物质，温度升高1°C
时，所吸收的热量，叫做这种物质的比热；
2、水的比热容比较大；
3、计算物体吸收热量的公式是
【课后练习题】
一、选择题
1、两个物体互相接触，没有发生热传递，这是因为
A它们的热量相同B它们的温度相同
C它们的内能相同D它们的热能相同
2、两个物体之间发生热传递时，传递的是
A质量B温度C比热D热量
3、下列事物中由于做功而使物体内能增加的是
A湖水被太阳晒热B开暖气后，教室里温度升高了
C通电后，电熨斗发烫了D水烧开了，蒸汽将壶盖顶起
4、下列事物中，机械能转化为内能的是
A用锯锯木头，锯一段时间，锯条和木头都发热
B用煤气将壶里的冷水煮沸
C用电烤箱将食品烤热D钢水变成钢锭
5、下列关于温度、热量、比热的说法正确的是
A温度越高，物体具有的热量越多
B温度越高，物体的比热越大
C吸收的热量越多，物体的比热越大
D物体吸收了热量，温度不一定升高
6、质量和温度都相同的铁块和铜块（C铁>C铜），它们放出相同的热量后，再相互接触时
A热从铁块向铜块传递B热从铜块向铁块传递
C不会再发生热传递现象D条件不足，无法判断
二、填空题
1、酒精的比热是
焦/（千克
℃），读做。
2、水的比热是4
焦/（千克
℃），它的物理意义是。
3、的燃烧值是4
焦/千克，现需热量4
焦，要完全燃烧克汽油
才能得到这些热量。
4、做功和都可以改变物体的内能。
5、质量相等的水和煤油，都降低相同的温度，放出热量较多的是，因为
的比热较小。
6、冬天很冷的时候搓搓手，使手变暖，这是通过的方法改变物体的内能，
有时摸一摸热水袋使手变暖，这是通过的方法改变物体的内能。
7、的比热为
焦/（千克
℃）,质量100克的铝，温度是120℃，放出
焦热量后，温度降为℃。
8、汽车发动机是用水来冷却的，这是因为水。
9、木块从斜面上滑下来的过程中，由于克服摩擦阻力做功，使它的机械能，内能。
三、实验题
1．举出做功改变物体内能的三例：
（1）
（2）
（3）
2．举出物体对外做功，内能减少的三例
（1）
（2）
（3）
四、计算题
1、5千克水，温度从20℃升高到100℃，吸收多少热量？
2、质量500克的铁，温度从20℃升高到120℃，吸收热量
焦，求铁的比热。
3、1千克的铜，放出
焦的热量，温度降到50℃，求铜的初温度。
C铜=
焦/（千克
℃）。
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