《探究杠桿平衡條件》教學片段

姚敏

摘 要本文通過實驗，理解力臂的概念，會畫力臂。通過實驗探究，總結歸納出杠桿的平衡條件，培養初步的分析概括能力，收集信息和處理信息的能力。

關鍵詞杠桿;平衡

中圖分類號：TG375+.11，B024.3 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2019）25-0204-01

本次實驗是探究杠桿的平衡條件，實驗器材是鐵架臺、杠桿、鉤碼、彈簧測力計。

一、實驗教學設計思路

首先通過“拔圖釘”等活動讓學生認識杠桿，只介紹杠桿的支點、動力和阻力，然后猜想影響杠桿平衡的因素，并通過學生實驗探究杠桿的平衡。在實驗過程中，再加入用彈簧測力計斜拉的實驗，讓學生認識到影響杠桿平衡的因素，不是支點到力的作用點的距離，而是支點到力的作用線的距離，由此引入力臂。最后在此基礎上總結出杠桿的平衡條件。

二、實驗教學過程（片段）

師：生活中使用杠桿能給我們帶來什么好處呢？

生：省力、方便……

師：生活中在使用杠桿有時需要杠桿靜止，如桿秤，有時需要杠桿轉動，如用羊角錘翹起釘子。我們把杠桿處于靜止或勻速轉動狀態稱為杠桿的平衡。那么杠桿的平衡跟哪些因素有關呢？出示圖片，一位成人和小孩玩蹺蹺板。

師：1.你有哪些感興趣的問題？

生：……

師：2.蹺蹺板在水平位置靜止由哪些因素決定？

生：猜想

學生探究：

1.如圖1所示，在木尺的一邊掛上鉤碼，一邊用彈簧測力計拉，使杠桿在水平位置平衡。

2.鉤碼和彈簧測力計的位置不變，改變鉤碼的數量，觀察彈簧測力計的示數如何變化？

3.鉤碼的數量和位置保持不變，改變彈簧測力計的位置，觀察彈簧測力計的示數如何變化？

4.鉤碼數量和彈簧測力計的位置保持不變，改變鉤碼的位置，觀察彈簧測力計的示數如何變化？

5.觀察分析實驗數據，看看杠桿平衡的條件是什么？

生：兩邊的力與支點到力的作用點距離的乘積相等

師：如果杠桿的左邊改用彈簧測力計斜著拉杠桿，使其在水平位置平衡（如圖2），你發現什么？

（使學生發現：當用彈簧測力計斜拉杠桿時，左右兩邊的力與支點到力的作用點距離的乘積不再相等。形成認知沖突，產生強烈的求知欲。然后教師引入“力的作用線”和“力臂”的概念。）

生：操作，觀察，發現問題：為什么在同一位置沿不同方向使杠桿在水平位置平衡用力時力的大小不同？

師：同學們都知道力的三要素是：力的大小、方向、作用點。它們都能影響力的作用效果。

師：介紹力的作用線，然后讓一名學生到講臺上來，用刻度尺測量出此時支點到這個力作用線的距離，結果會發現兩邊的力和支點到力的作用線的距離相等。

師：這說明杠桿的平衡跟哪一段距離有關？

生：支點到力的作用線的距離。

師：物理學中把“從支點到力的作用線的距離”叫做力臂。動力臂用字母l1表示，阻力臂用字母l2表示。

師：為什么我們開始實驗時得到的杠桿兩邊的力與支點到力的作用點距離的乘積相等呢？

生：由于杠桿處于水平位置平衡，鉤碼對杠桿的拉力豎直向下，這時支點到力的作用點的距離恰好等于支點到力的作用線的距離。

師：實驗中為什么讓杠桿在水平位置平衡？

生：便于測量力臂。

教師：由以上實驗我們可以看出杠桿的平衡條件是什么？

學生：動力×動力臂=阻力×阻力臂（F1L1=F2L2）

三、結論說明

本節內容的難點是力臂概念的引入和理解。傳統教學的方法是通過實例引入杠桿的概念，然后介紹杠桿的五要素，并通過作圖來強化，再通過實驗探究杠桿的平衡條件。杠桿的五要素：支點、動力、阻力、動力臂、阻力臂都是通過教師的講解直接告訴學生的，學生雖然能知道力臂的概念，但為什么要引入力臂這個概念？力臂在杠桿平衡中所起的作用是什么？都不清楚。所以我對這節內容作了一些調整，對“力臂”的處理，不“急于求成”，不強行灌輸，而是從學生實際出發設計教學過程，順從學生的認知規律，層層遞進，孜孜探索，最終建立力臂的概念，得出杠桿平衡的條件。

經過調整后，發現力的作用與支點到力的作用線的距離有關（與力的大小、方向、作用點，只不過，我們用力臂取代了力的方向和力的作用點對杠桿平衡的影響，簡化了問題，方便了研究。）引入力臂的概念，使學生更容易接受。

教無定法，無論哪種方法在實際操作中都要留給學生積極思維的空間，我覺得高質量的學生活動應是學生的思維活動。只要能使學生真正地產生思維的火花，都要提倡。老師需要做的是，在不同方法當中結合實際做好適當的選取。