1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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，我们已经观察实验器材。思考问题，并试图设计实验步骤。O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。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
7、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/cm2 10 1 52 10 2 102 10 3 152 10 4 02 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。O环节 教师活动 学生活动分析实验数据二组汇
8、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/cm2 5 1 2.52 5 2 52 5 3 7.52 5 4 102 5 5 12.5教师利用 excel 分析数据拟合公式：实验数据分析图一动 力 臂 与 阻 力 关 系 图 y = 5x0510152025300 1 2 3 4 5 6x(阻 力 F2)y（动力臂L1）实验数据分析图二动 力 臂 与 阻 力 关 系 图 y = 2.5x024681012140 1 2 3 4 5 6x(阻 力 F2)y（动力臂L1）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：L 1(动
9、力臂)5F 2(阻力)根据实验数据图二拟合出动力臂与阻力的关系式是：L 1(动力臂)2.5F 2(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
10、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：L 1 F2 利用数学演绎法，可以推导出以下两个公式：F1L1F 2L2 12FL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
11、衡条件。预想回答：动力臂 阻力。动 力阻 力 臂思考、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
12、 ，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O01N2345012345 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。F1 F2O(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。
13、(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3 分 2 分 1 分学生在课上注意力是否集中(3) 注意力非常集中 注意力比较集中 注意力不够集中3 分 2 分 1 分对问题和实验的感兴趣程度(3) 非常感兴趣 有的感兴趣 几乎不感兴趣3 分 2 分 1 分学生参与课堂的积极程度(3) 积极参与 比较积极 不愿参与3 分 2 分 1 分应用知识解答问题的正确率(3) 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 动 力阻 力 臂杠杆的平衡条件：F 1L1F 2L22