小學(xué)科學(xué)教案：《杠桿的科學(xué)》教案

小學(xué)科學(xué)教案：《杠桿的科學(xué)》教案

在三年級的科學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)對等臂條件下的平衡有了初步認(rèn)識，相信學(xué)生對杠桿類工具并不太陌生。本課以學(xué)生熟悉的“蹺蹺板”為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識杠桿并深入探究其中所蘊(yùn)含的科學(xué)規(guī)律及其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行深層次科學(xué)探究的興趣。教學(xué)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生善于對周圍事物提出問題，并通過動手操作尋找證據(jù)進(jìn)行解釋的科學(xué)探究能力；能設(shè)計控制變量的探究實(shí)驗(yàn)；會設(shè)計簡單的實(shí)驗(yàn)記錄表格，并運(yùn)用它采集整理數(shù)據(jù)、分析和解讀數(shù)據(jù)。2.引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)到科學(xué)探究要尊重證據(jù)，意識到合作交流的重要性；體會到科學(xué)技術(shù)與社會、生活是密切聯(lián)系的；培養(yǎng)樂于探究、大膽想象的意識；知道科學(xué)探究可為進(jìn)一步研究提供新經(jīng)驗(yàn)、新現(xiàn)象、新方法、新技術(shù)；滲透科學(xué)與藝術(shù)相結(jié)合的思想。3.知道利用杠桿可以提高工作效率；了解杠桿在生產(chǎn)生活中的運(yùn)用?；顒訙?zhǔn)備：1.簡單機(jī)械盒、支架、杠桿尺、鉤碼盒、小木塊、剪刀、鑷子、煤夾子2.多媒體課件活動過程：一、談話導(dǎo)入新課出示課件，大人和小孩正在玩蹺蹺板，引導(dǎo)學(xué)生提出問題。蹺蹺板是杠桿，是我們今天要研究的內(nèi)容。二、活動過程（一）初步認(rèn)識杠桿出示杠桿圖，講解杠桿的三個點(diǎn)：力點(diǎn)、支點(diǎn)、重點(diǎn)。學(xué)生齊聲回答并理解。當(dāng)力點(diǎn)、重點(diǎn)能圍繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動時，就是一個杠桿。（二）初步研究杠桿引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使用鉤碼盒、杠桿尺、小木塊，通過對比手提和使用杠桿撬舉重物的感受，觀察支點(diǎn)位置和力點(diǎn)大小的變化，發(fā)現(xiàn)杠桿的原理。學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和討論，匯報自己的發(fā)現(xiàn)。教師巡視指導(dǎo)。最后，教師詢問學(xué)生他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方式和發(fā)現(xiàn)。1.將杠桿軸固定在木支架的豎桿上，然后將杠桿的中心孔套在軸上。接著，調(diào)節(jié)兩端的螺母，使杠桿呈水平狀態(tài)。2.在杠桿的兩個臂上分別掛上鉤碼或重物，以保持杠桿的平衡。將桿左側(cè)的鉤碼視為動力，支點(diǎn)到左側(cè)鉤碼的距離即為動力臂；右側(cè)的鉤碼視為阻力，右側(cè)鉤碼到支點(diǎn)的距離即為阻力臂。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)杠桿平衡時，動力臂是阻力臂的幾倍，動力是阻力的幾分之一。如果動力臂和阻力臂相等，就是等臂杠桿。然而，使用等臂杠桿不會省力。只有當(dāng)動力臂大于阻力臂時，杠桿才會省力。3.將鉤碼掛在杠桿的一側(cè)，然后將彈簧秤掛在鉤碼與支點(diǎn)之間的上方。這時，鉤碼對杠桿的作用力向下，而彈簧秤對杠桿的拉力向上，但杠桿仍能保持在水平位置。通過改變力和力臂的數(shù)值，使杠桿平衡，即可研究這種情況下力和力臂的關(guān)系。知識鏈接：杠桿的應(yīng)用1.省力和省距離不能同時兼顧。杠桿平衡條件表明，當(dāng)動力臂大于阻力臂時，動力小于阻力時，是省力杠桿但費(fèi)距離；當(dāng)動力臂小于阻力臂時，動力大于阻力時，是費(fèi)力杠桿但省距離；當(dāng)動力臂等于阻力臂時，動力等于阻力，既不省力也不費(fèi)力，也不省距離也不費(fèi)距離。必須明確，根據(jù)杠桿平衡條件，即省力又省距離的杠桿是違反力學(xué)原理的，是不存在的?？梢栽O(shè)想，如果能給阿基米德“一個立足點(diǎn)和一根足夠長的棍”，就能夠移動地球。2.各類杠桿的選擇原則是根據(jù)人力允許的條件，從有利于生產(chǎn)的角度出發(fā)。例如，釣魚竿使用時，要求能夠快速將魚提離水面，因此釣魚竿是費(fèi)力省距離的杠桿；汽水瓶扳手使用時，遇到阻力較大，必需使用省力費(fèi)距離的杠桿。天平利用等臂杠桿兩邊力大小相等的原理，由砝碼數(shù)直接得出物體的質(zhì)量。可見，選擇何種杠桿都是根據(jù)實(shí)際需要來決定的，千萬不要誤認(rèn)為使用機(jī)械都是為了省力。實(shí)驗(yàn)設(shè)計：研究杠桿的平衡條件目的：研究杠桿的平衡條件。器材：杠桿及支架，鉤碼5-6個，彈簧秤，刻度尺，細(xì)線。步驟：1.將杠桿支在支架上，并調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿保持水平。2.如圖14-10所示，將三個鉤碼掛在杠桿的兩側(cè)（左邊2個，右邊1個），移動鉤碼的位置，使杠桿保持水平。將支點(diǎn)左側(cè)的鉤碼對杠桿的作用力（等于鉤碼受到的重力）視為阻力，將支點(diǎn)右側(cè)的鉤碼對杠桿的作用力視為動力。將動力F1、動力臂L1、阻力F2、阻力臂L2的數(shù)值填入下表。2.改寫每段話：（3）在左側(cè)增加兩個鉤碼，保持位置不變，移動右側(cè)鉤碼的位置，使杠桿重新平衡，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫在下表中。（4）在杠桿兩側(cè)掛上相同數(shù)量的鉤碼，移動鉤碼位置，使杠桿平衡，將測得的力和力臂記錄在表中。（5）如圖14-11所示，將鉤碼掛在杠桿一側(cè)，用彈簧秤在同側(cè)豎直向上拉住杠桿，使杠桿平衡。這時，將鉤碼拉杠桿的力視為阻力，將彈簧秤拉力視為動力，將力和力臂的數(shù)據(jù)填寫在表中。實(shí)驗(yàn)動力動力臂阻力阻力臂次數(shù)（牛）（厘米）動力×動力臂阻力×阻力臂1234（6）計算出四次實(shí)驗(yàn)中動力×動力臂及阻力×阻力臂的數(shù)值，比較計算結(jié)果，得出結(jié)論：杠桿的平衡條件是：力臂的乘積相等。想想議議：如圖14-10所示，杠桿平衡后：（1）如果在兩側(cè)的鉤碼增加相同數(shù)量的鉤碼，杠桿能否保持平衡？（2）如果同時將兩側(cè)鉤碼向外側(cè)（或向支點(diǎn)）移動相同距離，杠桿能否保持平衡？通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的答案。知識鏈接：杠桿平衡古希臘科學(xué)家阿基米德曾經(jīng)說過：“給我一個支點(diǎn)，我就能撬起地球?！蹦敲矗⒒椎率褂玫墓ぞ呤鞘裁茨?？如何正確理解力臂的概念？回答：力臂是支點(diǎn)到力的作用線的距離，從幾何學(xué)角度來看，是“點(diǎn)”到“直線”的距離。需要注意的是，力臂不應(yīng)被理解為“支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的長度”。如果作用在同一點(diǎn)上的幾個力的方向不同，那么它們的力臂一般不同（與杠桿對稱的兩個力的力臂長短是相同的，可以畫圖驗(yàn)證）。如果力的作用線通過支點(diǎn)，那么這個力的力臂就一定為零。如何快速判斷生活中常見的杠桿是省力的還是費(fèi)力的？回答：人類發(fā)明各種杠桿應(yīng)用于生活，其目的有三：省力、省距離和改變用力的方向。只是改變力的方向的杠桿通常是等臂杠桿，如天平、定滑輪等。從省力和省距離分析可以簡單從下面的方法來判斷：同學(xué)們進(jìn)行了一組杠桿實(shí)驗(yàn)，得出了動力＋動力臂＝阻力＋阻力臂的平衡條件。然而，這只是一次實(shí)驗(yàn)，不能僅憑這一組數(shù)據(jù)得出結(jié)論，需要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行分析，才能有效地避免結(jié)果的偶然性。阿基米德是古希臘時期最早的水泵發(fā)明者之一。他在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、天文學(xué)和力學(xué)的過程中，看到農(nóng)民拎水的辛苦，開始思考如何讓水往高處流。他想到了制作一個大螺旋，并將其放在一個圓筒里，螺旋轉(zhuǎn)動后，水就可以沿著螺旋溝帶到高處。他制作了一個泵水工具，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，成功地將水泵到了高處。這一發(fā)明極大地提高了農(nóng)田的灌溉效率，改善了農(nóng)民的生活。農(nóng)民們被阿基米德發(fā)明的螺旋水泵所吸引，稱其為阿基米德螺旋泵。這種水泵很快在尼羅河流域和更廣闊的地區(qū)傳播開來，并被一些現(xiàn)代工廠使用來移動流質(zhì)和粉末。龍骨水車是我國發(fā)明的一種抽水工具，據(jù)說是東漢靈帝時期由畢嵐發(fā)明的。它的主要裝置是一個木制槽，槽內(nèi)放置瓦片大小的木塊，通過銷子連接起來，整體形狀像龍的骨架。使用時，人們扶著水車頂端的木架，用腳踩動拐木，帶動下面的木塊沿著木槽往上移動，從而把水提上岸。之后，木塊再往下移動，繞過下端的軸，重新刮水。后來，人們對龍骨水車進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)明了“畜力龍骨水車”和“水轉(zhuǎn)龍骨水車”。阿基米德是一位公元前287年出生于西西里島敘拉古城貴族家庭的杰出數(shù)學(xué)家、工程學(xué)家和力學(xué)家。他的數(shù)學(xué)研究專注于圓周、球體和錐體，并寫出了多部數(shù)學(xué)著作。他制作的行星儀能夠逼真地表現(xiàn)天體運(yùn)動，甚至連日月食也能夠形象地表現(xiàn)出來。他發(fā)明的螺旋提水器至今仍在埃及等地使用。他發(fā)明的拋石機(jī)曾將羅馬軍隊阻止在敘拉古城外3年之久。他還是靜力學(xué)創(chuàng)始人，著有多部力學(xué)著作，其中系統(tǒng)論證了杠桿原理和浮體定律。阿基米德的名言“給我一個支點(diǎn)，我就能把地球挪動”有著嚴(yán)格的科學(xué)根據(jù)。阿基米德在《論平面圖形的平衡》一書中提出了杠桿原理。他首先將杠桿實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)知識當(dāng)作“不證自明的公理”，然后通過幾何學(xué)的嚴(yán)密邏輯論證得出了杠桿原理。這些公理包括：（1）在無重量的杠桿的兩端離支點(diǎn)相等的距離處掛上相等的重量，它們將平衡；（2）在無重量的杠桿的兩端離支點(diǎn)相等的距離處掛上不相等的重量，重的一端將下傾；（3）在無重量的杠桿的兩端離支點(diǎn)不相等距離處掛上相等重量，距離遠(yuǎn)的一端將下傾；（4）一個重物的作用可以用幾個均勻分布的重物的作用來代替，只要重心位置保持不變；（5）相似圖形的重心以相似的方式分布。阿基米德利用這些公理發(fā)現(xiàn)了杠桿原理，即“二重物平衡時，它們離支點(diǎn)的距離與重量成反比”。阿基米德不僅停留在理論方面，還根據(jù)杠桿原理進(jìn)行了一系列的發(fā)明創(chuàng)造。據(jù)說，他曾經(jīng)借助杠桿和滑輪組，使停放在沙灘上的桅般順利下水。在保衛(wèi)敘拉古免受羅馬海軍襲擊的戰(zhàn)斗中，阿基米德利用杠桿原理制造了遠(yuǎn)、近距離的投石器，利用它射出各種飛彈和巨石攻擊敵人，曾把羅馬人阻于敘拉古城外達(dá)3年之久。據(jù)傳，阿基米德曾說：“給我一個支點(diǎn)，我就能撬起地球?！彼J(rèn)識到，利用杠桿可以用最小的力撬起重物。只需將這個力放在杠桿的長臂上，讓短臂對重物起作用。因此，他想到，如果用力壓一根足夠長的杠桿臂，他的手就能夠舉起質(zhì)量相當(dāng)于地球的重物。然而，如果這位古代力學(xué)家知道地球的質(zhì)量有多大，他也許就不會如此夸口了。假設(shè)阿基米德真的找到了另一個地球做支點(diǎn)，再設(shè)想他也做成了一根夠長的杠桿。你能想象他得用多少時間才能把質(zhì)量等于地球的一個重物撬起。阿基米德舉起60公斤的重物輕而易舉，