《探究杠杆平衡条件》教学片段

姚敏

摘 要本文通过实验，理解力臂的概念，会画力臂。通过实验探究，总结归纳出杠杆的平衡条件，培养初步的分析概括能力，收集信息和处理信息的能力。

关键词杠杆;平衡

中图分类号：TG375+.11，B024.3 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2019）25-0204-01

本次实验是探究杠杆的平衡条件，实验器材是铁架台、杠杆、钩码、弹簧测力计。

一、实验教学设计思路

首先通过“拔图钉”等活动让学生认识杠杆，只介绍杠杆的支点、动力和阻力，然后猜想影响杠杆平衡的因素，并通过学生实验探究杠杆的平衡。在实验过程中，再加入用弹簧测力计斜拉的实验，让学生认识到影响杠杆平衡的因素，不是支点到力的作用点的距离，而是支点到力的作用线的距离，由此引入力臂。最后在此基础上总结出杠杆的平衡条件。

二、实验教学过程（片段）

师：生活中使用杠杆能给我们带来什么好处呢？

生：省力、方便……

师：生活中在使用杠杆有时需要杠杆静止，如杆秤，有时需要杠杆转动，如用羊角锤翘起钉子。我们把杠杆处于静止或匀速转动状态称为杠杆的平衡。那么杠杆的平衡跟哪些因素有关呢？出示图片，一位成人和小孩玩跷跷板。

师：1.你有哪些感兴趣的问题？

生：……

师：2.跷跷板在水平位置静止由哪些因素决定？

生：猜想

学生探究：

1.如图1所示，在木尺的一边挂上钩码，一边用弹簧测力计拉，使杠杆在水平位置平衡。

2.钩码和弹簧测力计的位置不变，改变钩码的数量，观察弹簧测力计的示数如何变化？

3.钩码的数量和位置保持不变，改变弹簧测力计的位置，观察弹簧测力计的示数如何变化？

4.钩码数量和弹簧测力计的位置保持不变，改变钩码的位置，观察弹簧测力计的示数如何变化？

5.观察分析实验数据，看看杠杆平衡的条件是什么？

生：两边的力与支点到力的作用点距离的乘积相等

师：如果杠杆的左边改用弹簧测力计斜着拉杠杆，使其在水平位置平衡（如图2），你发现什么？

（使学生发现：当用弹簧测力计斜拉杠杆时，左右两边的力与支点到力的作用点距离的乘积不再相等。形成认知冲突，产生强烈的求知欲。然后教师引入“力的作用线”和“力臂”的概念。）

生：操作，观察，发现问题：为什么在同一位置沿不同方向使杠杆在水平位置平衡用力时力的大小不同？

师：同学们都知道力的三要素是：力的大小、方向、作用点。它们都能影响力的作用效果。

师：介绍力的作用线，然后让一名学生到讲台上来，用刻度尺测量出此时支点到这个力作用线的距離，结果会发现两边的力和支点到力的作用线的距离相等。

师：这说明杠杆的平衡跟哪一段距离有关？

生：支点到力的作用线的距离。

师：物理学中把“从支点到力的作用线的距离”叫做力臂。动力臂用字母l1表示，阻力臂用字母l2表示。

师：为什么我们开始实验时得到的杠杆两边的力与支点到力的作用点距离的乘积相等呢？

生：由于杠杆处于水平位置平衡，钩码对杠杆的拉力竖直向下，这时支点到力的作用点的距离恰好等于支点到力的作用线的距离。

师：实验中为什么让杠杆在水平位置平衡？

生：便于测量力臂。

教师：由以上实验我们可以看出杠杆的平衡条件是什么？

学生：动力×动力臂=阻力×阻力臂（F1L1=F2L2）

三、结论说明

本节内容的难点是力臂概念的引入和理解。传统教学的方法是通过实例引入杠杆的概念，然后介绍杠杆的五要素，并通过作图来强化，再通过实验探究杠杆的平衡条件。杠杆的五要素：支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂都是通过教师的讲解直接告诉学生的，学生虽然能知道力臂的概念，但为什么要引入力臂这个概念？力臂在杠杆平衡中所起的作用是什么？都不清楚。所以我对这节内容作了一些调整，对“力臂”的处理，不“急于求成”，不强行灌输，而是从学生实际出发设计教学过程，顺从学生的认知规律，层层递进，孜孜探索，最终建立力臂的概念，得出杠杆平衡的条件。

经过调整后，发现力的作用与支点到力的作用线的距离有关（与力的大小、方向、作用点，只不过，我们用力臂取代了力的方向和力的作用点对杠杆平衡的影响，简化了问题，方便了研究。）引入力臂的概念，使学生更容易接受。

教无定法，无论哪种方法在实际操作中都要留给学生积极思维的空间，我觉得高质量的学生活动应是学生的思维活动。只要能使学生真正地产生思维的火花，都要提倡。老师需要做的是，在不同方法当中结合实际做好适当的选取。