小学科学《杠杆的科学》课堂实录

《杠杆的科学》课堂实录教科书说明：在三年级的的科学学习中，学生已经对等臂条件下的平衡有了初步认识，相信学生对杠杆类工具并不太陌生。另外，绝大多数学生都有玩“跷跷板”的经验。所以，在本课探究杠杆原理及其应用时，学生会相对比较轻松。本课以学生熟悉的“跷跷板”为切入点，引导学生认识杠杆并深入探究其中所蕴含的科学规律及其在生产生活中的应用，激发学生进行深层次科学探究的兴趣。教学目标：1.培养学生善于对周围事物提出问，并通过动手操作寻找证据进行解释的科学探究能力；能设计控制变量的探究实验；会设计简单的实验记录表格，并运用它采集整理数据、分析和解读数据。2.引导学生体验到科学探究要尊重证据，意识到合作交流的重要性；体会到科学技术与社会、生活是密切联系的；培养乐于探究、大胆想象的意识；知道科学探究可为进一步研究提供新经验、新现象、新方法、新技术；渗透科学与艺术相结合的思想。3.知道利用杠杆可以提高工作效率；了解杠杆在生产生活中的运用。活动准备：1.简单机械盒、支架、杠杆尺、钩码盒、小木块、剪刀、镊子、煤夹子2.多媒体课件活动过程：一、谈话导入新课师：出示课件——大人和小孩正在玩跷跷板同学们，看到这幅画面你有什么问题吗？生：为什么小孩能跷起大人呢？……师：同学们提得问题很棒，跷跷板就是我们今天要研究的——杠杆板书：杠杆二、活动过程（一）初步认识杠杆师：出示杠杆图讲解：一根棍子，当如图那样用它撬重物时，它就是一个简单机械——杠杆。（动画效果）杠杆上，用力的点叫做力点；起支撑作用的点叫做支点；承受重物的点叫做重点。练习：师指着杠杆三点，学生齐说。师：一起说：“杠杆上，这一点叫什么？”生（齐）：力点生（齐）：支点生（齐）：重点师：当力点、重点能围绕支点转动时，就是一个杠杆。（二）初步研究杠杆师：同学们，想玩一玩杠杆吗？生（齐）：想师讲述：所需材料三样：钩码盒做重物、杠杆尺一个、小木块一个。要求：1.先用手直接提重物，感觉重物重量,用杠杆撬重物，感觉手用力的大小,比较两力；2.支点位置可以改变；3.小组合作研究，看你们有什么发现？学生分组组装、研究杠杆，师巡视指导。学生汇报发现。师：你们是怎样玩的？生组装杠杆师：请你指出杠杆的三点？生指着杠杆汇报师；请你说说你们有什么发现？生边操作边汇报：我们发现木块在这个位置时，手感觉轻；木块在这个位置时，手感觉重。师指着杠杆：木块在这个位置时，说法不准确。请看这段是重点到支点的距离，这段是力点到支点的距离，应该用支点到力点、重点的距离描述；手感觉轻、重，说法也不准确，应该是手用力小、大。师：手用的力小，比谁小？生：手用的力比重物重量小师：这说明使用杠杆有什么好处？生：可以省力请思考手在什么情况下用力小，在什么情况下用力大？（三）进一步科学认识杠杆师：科学是讲究证据的，我们做个模拟实验来研究杠杆。师演示讲解：所需仪器：底座、支架、杠杆尺、钩码师边说边组装注意事项：1.杠杆尺有标记一端钩码做重物，一个钩码重=0.5牛，另一端为力；2.杠杆平衡了，说明使用杠杆可以撬起重物了；3.支点不变，杠杆尺上力点、重点只能各有一个；4.我们看课件重点到支点的距离用几个格表示，在第一个洞，距离是1个格，在第二个洞，距离是2个格；5.请根据表格做好记录次数物体重量(有标记)人的拉力力点到支点的距离几个格重点到支点的距离几个格实验要求：请研究杠杆，根据数据看有什么发现？学生分组研究，师巡视指导。学生分组交流讨论。师：请分析对比数据，看有什么发现？师：谁来汇报你们的数据和发现。生1.我们的数据是：次数物体重量(有标记)人的拉力力点到支点的距离几个格重点到支点的距离几个格一次2牛0.5牛41我们发现杠杆是省力的。师引导：请看后面数据杠杆当怎样时，省力？（师板书：力点到支点的距离重点到支点的距离）生1：当力点到支点的距离大于重点到支点的距离时，使用杠杆省力。（师板书：大于省力）师：说的很好，还有不同的发现吗？生2：我们的数据是：次数物体重量(有标记)人的拉力力点到支点的距离几个格重点到支点的距离几个格二次0.5牛1牛12我们的发现是：杠杆是费力的。师提示：请说完整。生2：当力点到支点的距离小于重点到支点的距离时，使用杠杆费力。（师板书：小于费力）师：真棒！还有不同的吗？生3：我们的数据是：次数物体重量(有标记)人的拉力力点到支点的距离几个格重点到支点的距离几个格三次1牛1牛44我们的发现是：当力点到支点的距离等于重点到支点的距离时，使用杠杆不省力不费力。（师板书：等于不省力不费力）师：同学们真棒！关于杠杆的发现谁能完整的说说？生4：当力点到支点的距离大于重点到支点的距离时，使用杠杆省力；当力点到支点的距离小于重点到支点的距离时，使用杠杆费力；当力点到支点的距离等于重点到支点的距离时，使用杠杆不省力不费力。师出示简图：同学们，通过研究我们知道了杠杆原理。（四）杠杆在生产生活中的应用师：杠杆在生产和生活中的应用是很广泛的。杠杆的外形是可以变化的，并不都像一根棍，凡是有支点、力点、重点，工作时力点与重点围绕支点转动的装置，都是利用了杠杆的原理。师：（出示剪刀——费力情况）这是什么杠杆？为什么？生：是费力杠杆，因为力点到支点的距离小于重点到支点的距离。师：（出示剪刀——省力力情况）这是什么杠杆？为什么？生：是省力杠杆，因为力点到支点的距离大于重点到支点的距离。师：剪刀是较复杂的杠杆，还有不省力不费力的情况。师出示课件：介绍省力杠杆——钳子、起钉锤、起子、推车。师出示课件：介绍费力杠杆——镊子、人钓鱼时、人体杠杆等师用镊子夹物：镊子的三点在哪里？它是什么杠杆？生：夹物的地方是重点，手的地方是力点，一个头的地方是支点，镊子是费力的杠杆。师：很好！镊子和前面的杠杆不一样，它的力点、重点在支点的同侧。师：人钓鱼时，也是费力杠杆，请看图费力杠杆有什么好处？生：可以省距离。师介绍人体杠杆。师出示课件：天平是什么杠杆？使用它有什么好处？生：天平是不省力不费力的杠杆。使用天平方便称物体重量。师：杠杆的外形是可以变化的，有的力点、重点在支点的同侧，有的力点、重点在支点的两侧，请同学们课下继续了解杠杆在生产生活中的应用。动脑筋：师：老师有个难题考考你们，看谁聪明。一个人用担子挑重物时，肩膀挑担子的哪个位置最轻松？生1：挑中间位置。师：假如一头重，一头轻呢？生2：挑支点位置。师：很好！你真棒！人只有挑支点位置时，担子是平衡的，人最轻松。拓展活动：阿基米德说：“给我一个合适的杠杆，我可以把地球撬起来。直臂杠杆的制作方法【制作方法】　　1．找一根80×3×1厘米3的均匀木杆作为杠杆。在杠杆的中点钻一光滑的小孔，作为支点孔。　　2．在杠杆中点的两侧每隔5厘米打一孔，用以悬挂钩码，如下图所示。　　3．在杠杆两端的端面上各安装一个带螺母的螺丝，用于调节杠杆的平衡。　　4．用细钢丝制两个钩码夹，用于吊起钩码或重物，如图7．1－1右上角所示。【使用方法】　　1．将杠杆轴固定在木支架的竖杆上，再把杠杆的中心孔套在轴上，调节两端的螺母，使杠杆呈水平状态。　　2．在杠杆两臂分别挂上钩码或重物，使杠杆仍保持平衡。若将杆左侧的钩码当作动力，支点到左侧钩码的距离就是动力臂；右侧的钩码就是阻力，右侧钩码到支点的距离就是阻力臂。　　实验表明：杠杆平衡时，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。如果动力臂和阻力臂相等，就是等臂杠杆。使用等臂杠杆不省力。当动力臂大于阻力臂时，杠杆才省力。　　3．把钩码挂在杠杆的一侧，弹簧秤挂在钩码与支点之间的上方，这时钩码对杠杆的作用力向下，弹簧秤对杠杆的拉力向上，杠杆仍能保持在水平位置。把钩码重当作阻力，把弹簧秤的拉力当作动力，改变力和力臂的数值，使杠杆平衡，即可研究这种情况时力和力臂的关系。实验设计：研究杠杆的平衡条件目的　　研究杠杆的平衡条件。器材　　杠杆及支架，钩码5－6个，弹簧秤，刻度尺，细线。步骤　　（1）把杠杆支在支架上，调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。　　（2）如图14－10所示，把三个钩码挂在杠杆两侧（左边2个，右边一个），移动钩码的位置，使杠杆仍在水平位置平衡。把支点左方的钩码对杠杆的作用力（等于钩码受的重力）当作阻力，把支点右方的钩码对杠杆的作用力当作动力，将动力F1，动力臂L1，阻力F2，阻力臂L2的数值填入下表。　　（3）在左方钩码下再增加2个钩码，位置不变，移动右方钩码位置，使杠杆重新在水平位置平衡，将实验数据也填入下表。　　（4）在杠杆两侧挂上个数相同的钩码，移动钩码位置，使杠杆在水平位置平衡，将测得的力和力臂记在表中。　　（5）如图14－11所示，把钩码挂在杠杆一侧，用弹簧秤在同侧竖直向上拉住杠杆，使杠杆在水平位置平衡，把钩码拉杠杆的力当作阻力，把弹簧秤拉力当作动力，将力和力臂的数据填入表中。 实验次数 动力（牛） 动力臂（厘米） 动力×动力臂（牛·厘米） 阻力（牛） 阻力臂（厘米） 阻力×阻力臂（牛·厘米） 1             2             3             4             　　（6）算出四次实验中动力×动力臂及阻力×阻力臂的数值，比较计算结果，归纳可得：杠杆的平衡条件是：__________。想想议议　　如图14－10所示，杠杆平衡后：　　（1）如果在两侧的钩码不同时增挂相同数的钩码，杠杆还能保持平衡吗？　　（2）如果同时把两侧钩码向外侧（或向支点）移过相同的距离，杠杆还能保持平衡吗？　　用实验验证你的。知识链接：杠杆的应用1、省力和省距离不能兼顾　　杠杆平衡条件说明：当动力臂大于阻力臂时，动力小于阻力是省力杠杆但费距离；当动力臂小于阻力臂时，动力大于阻力是费力杠杆但省距离；当动力臂等于阻力臂时，动力等于阻力，不省力也不费力，不省距离也不费距离。必须明确，根据杠杆平衡条件，即省力又省距离的杠杆是违反力学原理的，是不存在的。可以设想，如果能给阿基米德“一个立足点和一根足够长的棍”，很大的弧，一辈子都走不到头。2、各类杠杆的选择　　选择的原则是按人力允许的条件，从有利于生产出发。例如：钓鱼竿使用时，要求能迅速将鱼提离水面，因此钓鱼竿是费力省距离的杠杆；汽水瓶扳手使用时，遇到阻力较大，必需使用省力费距离的杠杆。天平就是利用等臂杠杆两边力大小相等的原理，由砝码数直接得出物体质量数。可见，选择何种杠杆都是根据实际需要来决定的，千万不要误认为使用机械都是为了省力。知识链接：杠杆平衡古希腊科学家阿基米德曾经说过：“给我一个支点，我就能撬起地球。”阿基米德真的能撬起地球吗？他用的是什么工具呢？怎样正确理解力臂的概念？答：关于力臂的概念，要注意以下几点：（1）力臂是支点到力的作用线的距离，从几何学来看，是“点”到“直线”的距离。其中“点”为杠杆的支点；“线”是力的作用线，即通过力的作用点沿力的方向所画的直线。需要引起注意的是：千万不能把力臂理解为“支点到力的作用点的长度”。（2）作用在同一个点上的几个力，若它们的方向不同，那么力臂一般不同（与杠杆对称的两个力的力臂长短是相同的，画一画看看）。（3）若力的作用线通过支点，那么这个力的力臂就一定为零。如何快速判断出生活中常见的杠杆是省力的还是费力的？答：人类发明各种杠杆应用于生活，其目的有三：省力、省距离和改变用力的方向。只是改变力的方向的杠杆通常是等臂杠杆，如天平、定滑轮等。从省力和省距离分析可以简单从下面的方法来判断：若使用杠杆来完成的是人类依靠自己徒手就能完成（指力的大小），那么此时使用杠杆则是为了省距离，当然还有其他的目的，如卫生、方便等。人们用来夹蛋糕的夹子就属于费力杠杆——取蛋糕这样轻而易举的事用手就可以完成，用夹子是为了卫生，当然也就可以省距离；剪布匹的剪刀也是费力杠杆，因为撕开一块布，用手也足以完成，用剪刀是为了省距离，也可以将布剪得整齐。若仅仅依靠人的双手的力量不足以完成，此时使用杠杆，那一定是为了省力。如用来拔铁钉的羊角锤，用手是不可能将钉在木板上的铁钉拔出来的，这时使用羊角锤这种杠杆，就是为了省力，从而使人用自己比较小的力就可以拔出铁钉。在探究杠杆平衡条件实验中，为什么要调节杠杆水平平衡？答：从平衡的定义来看，只要杠杆处于静止状态，它就处于平衡，那么有时就可能是一种歪斜的平衡，这种情况下，我们很难在实验中测量出动力臂和阻力臂的长度来。当杠杆处于水平平衡时，作用在杠杆上的动力和阻力——钩码的重力——的方向恰好与杠杆垂直，这时力的力臂就可以从杠杆上的刻度直接读出。因此，调节杠杆的水平平衡是为了测量力臂。动力和阻力的方向之间有什么规律？答：从杠杆的平衡条件来分析，作用在杠杆上的动力和阻力的方向之间的关系是：动力和阻力使绕支点转动的方向总是相反的。也就是说，如果在动力的作用下，杠杆绕支点顺时针转动，那么阻力的方向就一定是使杠杆绕支点逆时针转动。利用这个规律就能准确地判断出动力和阻力的方向来，不必死记硬背。如何判断杠杆是否能保持水平平衡？答：根据杠杆的平衡原理，判断杠杆是否能保持水平平衡只要看“动力和动力臂的乘积”与“阻力和阻力臂的乘积”是否相等。如果乘积相等，则杠杆平衡；若乘积不等，那么杠杆将向乘积大的一边下倾。会确认并画出杠杆的动力臂和阻力臂例1：如图1甲所示，杠杆OA处于平衡状态，在图中分别画出力F1和F2的力臂l1和l2。点拨:画力臂时必须注意力臂是“支点到力的作用线的距离”，而不是“支点到力的作用点的距离”。(如图乙所示)例2：生产实际应用类：如图2甲所示的钢丝钳，其中A为剪钢丝处，B为手的用力点，O为转动轴（支点），图乙为单侧钳柄及相连部分示意图，请在图乙中画出剪钢丝时的动力F1、阻力F2、动力l1、阻力臂l2。点拨：动力作用在B点，方向竖直向下，阻力作用在A点，方向竖直向下。表示F1的线段应比表示F2的线段短一些，因为钢丝钳是省力杠杆。（如图丙所示）有关杠杆平衡条件的实验题和实际应用题例1在探究杠杆的平衡条件实验中：①小军将杠杆放在水平桌面上，发现杠杆左端下倾。那么他应将杠杆右端螺母向______(填“左”或“右”)调节一些，使杠杆在位置平衡。②实验时只有8个相同的钩码，杠杆上画有均匀的格子，当在A点挂4个钩码如图4所示，则怎样挂钩码可以使杠杆在水平位置平衡？(请设计两种)答：①____________________________②____________________________。点拨：解题的关键是依据杠杆的平衡条件，看左、右两边的力和力臂的乘积是否相等。若乘积相等，则杠杆平衡；若乘积不等，那么杠杆将向乘积大的一边下倾。答：（1）右（2）例：①2个钩码挂在“6”处；②3个钩码挂在“4”处等例2：下列工具中，属于省力杠杆的是　()A．夹邮票用的镊子B．理发师修剪头发用的剪刀C．剪铁丝用的钢丝钳D．钓鱼用的鱼竿答：C例3：杠杆在我国古代就有了许多巧妙的应用。护城河上安装使用的吊桥就是一个杠杆，由图5可知它的支点是点(填“A”、B”或“C”)，在匀速拉起时，它属于一个______杠杆(填“省力”或“费力”)，并在图中画出动力臂L1。答：C省力动力臂l1如图6所示例4：如图6所示，O为杠杆AC的支点，在O处挂一小球，为使杠杆在水平位置平衡，画出施加在杠杆上最小动力F1的力臂L1，并画出F1。点拨由杠杆的平衡条件：F1l1=F2l2知，在阻力和阻力臂不变的情况下，要想用的动力最小，则要求动力臂最大。动力臂最长的条件：①作用在杠杆上的动力的作用点离支点最远；②动力的方向与支点跟作用点的连线垂直。答：最小动力F1应在离支点最远的C点，最长的动力臂应为OC，F1的方向应垂直于OC向上，如图7所示。例5：工人剪铁皮时，有时用两根铁管套在剪刀柄上（如图8），这是什么道理？答：这样可以增加动力臂的长度，从而更加省力。例6：在研究“杠杆的平衡条件”实验中，有一组同学猜想杠杆的平衡条件可能是“动力＋动力臂＝阻力＋阻力臂”。他们经过实验，获得了下述数据： 动力F1/N 动力臂L1/cm 阻力F2/N 阻力臂L2/cm 4 5 5 4于是，他们认为自己的猜想得到了验证。你认为他们的实验过程存在什么问题？答：（1）不能只凭一组实验数据得出结论，必须在多次实验的基础上通过分析才能得出结论；这样才能有效地避免实验结果偶然性出现。（2）单位不同的两个物理量不能直接相加甲�EMBEDPBrush���图1�EMBEDPBrush���图2图4�EMBEDPBrush���图7�EMBEDPBrush���图5图6图7图8