撬杠的学问教学课件

撬杠的学问五年级科学第课杠杆原理与日常应用17-给我一个支点，我可以撬起地球阿基米德——激趣导入神奇的撬杠力量请观看视频一位普通人是如何用一根简单的撬杠轻松地撬起一块巨大的石头的这块石头重达数百公斤，单靠人力几乎不可能移动它思考问题为什么使用撬杠可以让我们省力？•撬杠是如何让一个人能够移动远超过自身力量的物体？•这种神奇的力量转换背后隐藏着什么样的科学原理？•什么是杠杆？12杠杆的定义生活中的杠杆实例杠杆是一根能绕着固定点（支点）转动的硬棒它是最古老也是最基翘翘板儿童游乐场中的经典杠杆，中间有一个支点•本的简单机械之一，利用力臂原理来改变力的方向或大小撬棍工地或家庭中常用的移动重物的工具•剪刀日常生活中的常见工具，由两个杠杆组成•开瓶器利用杠杆原理轻松打开瓶盖•钓鱼竿利用杠杆原理掌控鱼线•钳子包括老虎钳、尖嘴钳等各种维修工具•杠杆的三个要素动力点动力点是施加力量的地方，是人或其他力量源作用于杠杆的位置特点支点•施力的位置支点是杠杆的固定点，也是杠杆绕其转动的轴•通常是人手用力的地方心•到支点的距离称为动力臂特点阻力点•不动的固定点阻力点是承受力量的地方，通常是需要移动或平•是杠杆旋转的中心衡的物体所在位置•支点的位置决定杠杆的类型特点•被移动物体的位置•抵抗运动的力量作用处•到支点的距离称为阻力臂杠杆结构剖析各部分功能简述支点（）杠杆的转动中心，决定了杠杆的类型和省力效果Fulcrum支点可以位于杠杆的任何位置，但其位置会直接影响杠杆的工作方式动力点（）施加力量的位置，通常是人或机器用力的地方动Effort力点到支点的距离称为动力臂，它影响着需要施加的力量大小阻力点（）被移动或平衡的物体所在的位置阻力点到支点的距Load离称为阻力臂，它与物体的重量共同决定了需要多大的力才能移动物体力臂力臂是指支点到力作用线的垂直距离在杠杆中，有两种力臂动力臂支点到动力作用线的垂直距离•杠杆示意图清晰标注支点、动力点、阻力点杠杆的作用改变力的大小改变力的方向杠杆的主要功能之一是改变力的大小通过合理设置支点位置，我们可以用小的力移动大的物体（省力），或者用大的力获得杠杆还可以改变力的方向当我们向下压动力端时，阻力端可能向上移动，反之亦然更精细的控制（费力）实际应用实际应用•使用钓鱼竿，向上抬起杆子可以向下拉动鱼线•使用撬棍撬动重物，少量的力能产生巨大的作用力•使用翘翘板，一端下降时另一端上升•使用镊子进行精细操作，较大的手部动作转化为精确的尖端移动杠杆原理简介力臂的概念力臂是指支点到力的作用线的垂直距离在杠杆中，有两种力臂动力臂支点到动力作用线的垂直距离阻力臂支点到阻力作用线的垂直距离力臂的长短直接影响杠杆的省力或费力程度一般来说，动力臂越长，所需的动力就越小；反之，动力臂越短，所需的动力就越大杠杆平衡条件当杠杆处于平衡状态时，动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积这就是杠杆的平衡条件，也是杠杆原理的核心数学表达式动力×动力臂=阻力×阻力臂这一原理揭示了力与距离之间的关系，是理解杠杆工作方式的基础杠杆定律杠杆平衡公式公式应用举例杠杆定律是描述杠杆平衡条件的物理定律，例1如果一个10千克的物体位于距支点

0.5可以表示为米处，而人在距支点2米处施力，计算所需的力阻力=10千克×

9.8牛顿/千克=98牛顿其中•F₁动力（人施加的力）•d₁动力臂（支点到动力点的距离）•F₂阻力（物体的重力或阻力）•d₂阻力臂（支点到阻力点的距离）例2翘翘板上，体重60千克的人坐在距支点

1.5米处，另一个人坐在距支点2米处，要保持平衡，第二个人的体重应为省力杠杆结构特点支点靠近阻力点，使阻力臂小于动力臂这种结构可以使我们用较小的力移动较重的物体工作原理根据杠杆定律动力×动力臂=阻力×阻力臂当动力臂远大于阻力臂时，所需的动力将远小于阻力，从而达到省力的效果实际应用•撬棍用于撬动重物•开瓶器轻松打开瓶盖•大剪刀如园艺剪、铁皮剪•榔头拔钉利用榔头柄拔出钉子•螺丝起子增大转动力矩费力杠杆费力杠杆的特点费力杠杆的应用实例费力杠杆的支点靠近动力点，使动力臂小于阻力臂这种结构看似不合理，但在特定情况下非常有用主要特征•支点靠近动力点•动力臂短于阻力臂•需要的动力大于阻力•动力移动的距离小，但阻力移动的距离大优势•增加移动距离和速度•提供更精细的控制•适合需要快速或精确移动的场合钓鱼竿典型的费力杠杆，手部小幅度的动作可以让鱼钩移动较大距离等臂杠杆结构特点实际应用等臂杠杆的支点位于杠杆的中间位置，使动力臂和阻力臂相等这种结构不改变力的大小，但可能改变力的方向天平最典型的等臂杠杆应用，用于精确测量物体的质量主要特征•支点居中•动力臂等于阻力臂•动力等于阻力•常用于测量和平衡场合杠杆一定省力吗？常见误解正确认识许多人认为所有的杠杆都能帮助我们省力，这是一个常见的误解事实上，杠杆的省力效果取决于三个要素（支点、动力点、阻力点）的相对位置错误观点•所有杠杆都能省力•杠杆总是让工作变得更轻松•杠杆永远是最省力的工具选择事实•只有当支点靠近阻力点时，杠杆才省力•当支点靠近动力点时，杠杆是费力的•当支点居中时，杠杆既不省力也不费力杠杆根据支点位置分为三类实验探究杠杆省力条件实验目的通过实验探究杠杆省力的条件，验证支点位置对杠杆省力效果的影响实验材料•杠杆尺（带有多个支点孔的长尺）•支架（用于固定杠杆尺的支点）•钩码（作为阻力）•弹簧测力计（测量动力大小）•记录表格实验步骤

1.将杠杆尺水平放置在支架上，选择一个支点孔固定

2.在阻力端挂上固定质量的钩码（如100克）

3.在动力端用弹簧测力计拉动杠杆至平衡状态

4.记录此时测力计的读数（即所需动力）

5.改变支点位置，重复以上步骤

6.比较不同支点位置时所需的动力大小实验变量控制控制变量阻力大小（钩码质量）、阻力位置自变量支点位置（支点到阻力点的距离）因变量所需动力大小（测力计读数）注意事项•确保杠杆尺在实验过程中保持水平•读数时视线要与测力计刻度保持垂直•每组实验重复测量2-3次，取平均值数据分析实验数据记录数据分析与结论实验序号支点到阻力点支点到动力点阻力（牛顿）所需动力（牛动力/阻力比值距离（厘米）距离（厘米）顿）

15451.

00.

110.

11210401.

00.

250.

25315351.

00.

430.

43425251.

01.

01.0支点到阻力点距离（厘米）动力/阻力比值

535151.

02.

332.33注1牛顿约等于102克力实验结论

1.当支点靠近阻力点时（实验

1、2），所需动力远小于阻力，杠杆起到明显的省力作用

2.当支点居中时（实验4），所需动力等于阻力，杠杆既不省力也不费力

3.当支点靠近动力点时（实验5），所需动力大于阻力，杠杆是费力的

4.动力与阻力的比值近似等于阻力臂与动力臂的比值，验证了杠杆定律杠杆的三种类型第一类杠杆第二类杠杆第三类杠杆支点位于动力点和阻力点之间阻力点位于支点和动力点之间动力点位于支点和阻力点之间特点可以是省力、费力或等臂杠杆，取决于支点位置特点始终是省力杠杆特点始终是费力杠杆，但可增大速度和位移示例示例示例•跷跷板•手推车•钓鱼竿•剪刀•开瓶器•镊子•撬棍•榔头拔钉•人体前臂•钳子•胡桃钳•扫帚（上端握持）•天平•划船桨•高尔夫球杆杠杆生活百例厨房中的杠杆工具箱中的杠杆日常用品中的杠杆•开瓶器第二类杠杆•撬棍第一类杠杆•翘翘板第一类杠杆•核桃钳第二类杠杆•钳子第一类杠杆•指甲钳第二类杠杆•食物夹第一类杠杆•剪刀第一类杠杆•钓鱼竿第三类杠杆•刀具（切菜时）第三类杠杆•螺丝刀第一类杠杆•扫帚第三类杠杆•罐头开启器第二类杠杆•钉锤拔钉第二类杠杆•门把手第一类杠杆•厨房秤第一类杠杆•扳手第一类杠杆•订书机第二类杠杆搬运工具中的杠杆搬运重物是杠杆最重要的应用之一许多搬运工具都巧妙地应用了杠杆原理手推车典型的第二类杠杆，车轮作为支点，货物是阻力，推手是动力点搬运撬棒第一类杠杆，用于撬动和抬起重物货物升降机复合使用多个杠杆原理起重机利用杠杆原理放大力量分类小测验观察下列工具，判断它们属于哪一类杠杆手推车镊子开瓶器支点____支点____支点____动力点____动力点____动力点____阻力点____阻力点____阻力点____杠杆类型____杠杆类型____杠杆类型____省力还是费力____省力还是费力____省力还是费力____参考答案手推车镊子开瓶器•支点车轮•支点弯曲连接处•支点与瓶盖接触的金属齿•动力点推手处•动力点手指按压处•动力点手握的柄端•阻力点货物所在位置•阻力点尖端夹物处•阻力点瓶盖中间部分•杠杆类型第二类杠杆•杠杆类型第三类杠杆•杠杆类型第二类杠杆•省力还是费力省力•省力还是费力费力杠杆与简单机械关系简单机械的家族简单机械是能改变力的方向或大小的基本机械装置主要包括六种

1.杠杆

2.轮轴

3.滑轮

4.斜面

5.楔

6.螺旋这些简单机械是复杂机械的基础组件，它们通过改变力的大小或方向来帮助人们完成工作杠杆与滑轮的比较杠杆与斜面的比较相似点相似点•都能改变力的大小或方向•都可以实现省力效果•都遵循功的守恒原理•都是最古老的简单机械案例分析古代大工程金字塔的建造鲁班与杠杆中国古代著名工匠鲁班（公元前507年-公元前444年）精通各种机械原理，包括杠杆相传他发明了许多利用杠杆原理的工具鲁班锯应用杠杆原理，减轻锯木材的劳动强度鲁班尺可折叠的测量工具，也运用了杠杆结构云梯利用杠杆原理的攻城设备鲁班的发明体现了中国古代劳动人民对杠杆等简单机械原理的深刻理解和巧妙应用他的工具不仅提高了工作效率，还大大减轻了劳动强度古埃及人在没有现代机械的情况下，如何建造了宏伟的金字塔？杠杆在其中扮演了重要角色杠杆的应用•使用长木棍作为杠杆，移动巨大的石块•借助滚木和杠杆的组合，减轻搬运石块的劳动强度•精确地调整石块位置，确保完美拼接考古学家推测，通过巧妙利用杠杆原理，少数工人就能移动重达数吨的巨石这是古代工程智慧的典范杠杆在科学实验中的应用杆秤天平力矩演示器杆秤是应用杠杆原理的常见测量工具，用于测量物体的重量天平是等臂杠杆的典型应用，用于精确比较物体的质量力矩演示器是专门用于教学的设备，用来演示杠杆平衡条件工作原理杆秤是一种不等臂杠杆，一端挂物体，另一端有滑动的砝码当杠杆平衡时，物工作原理天平两端的质量相等时，杠杆处于平衡状态通过添加标准砝码，可以精确测量工作原理在标有刻度的杠杆上挂不同重量的砝码，调整位置直至平衡，验证杠杆定律体重量与砝码重量和力臂的乘积相等未知物体的质量应用场景物理课堂教学、力学原理演示、科普活动等应用场景市场交易、实验室测量、工业称重等应用场景化学实验、药物配制、珠宝称重等简易天平制作与演示使用简单材料，我们可以制作一个演示杠杆原理的天平

1.取一把尺子作为杠杆

2.在中间位置放置一个三角形物体作为支点

3.在两端挂上相等的小物体（如回形针）

4.调整至平衡状态

5.在一端添加或移除物体，观察平衡被打破

6.通过调整物体在杠杆上的位置，恢复平衡这个简易演示能直观地展示杠杆平衡条件动力×动力臂=阻力×阻力臂手工环节自制杠杆秤所需材料•一把直尺（30厘米塑料尺或木尺）•细线或棉线（约50厘米）•一个小勾（可用回形针制作）•几个小砝码（可以是相同重量的硬币）•一个三角形物体（作为支点）•胶带•剪刀•小塑料袋或纸杯（用于盛放被测物体）制作步骤

1.在尺子中心位置（15厘米处）找到平衡点

2.将尺子放在三角形支点上，确保平衡

3.在尺子的一端（如0厘米处）用胶带固定一段线

4.线的另一端系上小勾或回形针

5.挂上小塑料袋或纸杯，用于放置被测物体

6.在尺子的另一端准备一个可以滑动的砝码使用方法

1.将杠杆秤放在平整的桌面上，支点放在尺子中心判断杠杆是否省力的方法123观察力臂长度分析杠杆类型公式计算法最直接的判断方法是比较动力臂和阻力臂的长度根据杠杆的类型可以快速判断使用杠杆公式进行精确计算•如果动力臂阻力臂，则杠杆省力•第一类杠杆支点在中间，需具体分析•如果动力臂=阻力臂，则杠杆既不省力也不费力•第二类杠杆阻力点在中间，始终省力•如果动力臂阻力臂，则杠杆费力•第三类杠杆动力点在中间，始终费力•如果计算得到的F动F阻，则杠杆省力测量方法从支点到动力点和阻力点的垂直距离这种方法简单直观，适合快速初步判断•如果计算得到的F动=F阻，则杠杆既不省力也不费力•如果计算得到的F动F阻，则杠杆费力这种方法最为精确，适合需要定量分析的场合实际操作演练以开瓶器为例，判断其是否省力

1.识别三要素•支点与瓶盖接触的金属齿•动力点手握的柄端•阻力点瓶盖中间部分

2.观察力臂动力臂（手柄长度）明显大于阻力臂（支点到瓶盖中心距离）

3.判断杠杆类型属于第二类杠杆（阻力点在支点和动力点之间）

4.结论开瓶器是省力杠杆常见判断错误杠杆原理在医学领域医疗器械中的杠杆应用医学领域广泛应用杠杆原理，设计了各种精密的医疗器械，帮助医生完成复杂的医疗操作常见医疗杠杆工具医用镊子典型的第三类杠杆，允许医生进行精确控制压舌板用于检查口腔和喉咙，利用杠杆原理扩大视野拔牙钳综合应用第一类和第二类杠杆原理骨科手术工具各种骨钳、剪和撬具外科剪刀第一类杠杆，精确切割组织止血钳第一类杠杆，夹住血管止血镊子的工作原理医用镊子是医疗领域最常用的杠杆工具之一现代工程中的杠杆挖掘机起重臂机械臂挖掘机的机械臂是复杂的杠杆系统，由多个杠杆组合而成塔吊和各类起重机的起重臂是杠杆原理的典型应用工业机器人和自动化设备中的机械臂应用了杠杆原理•动臂第二类杠杆，支点在底部铰链•属于第一类杠杆，支点在中间•多关节结构，每个关节都是杠杆•斗杆第三类杠杆，由液压缸提供动力•一端悬挂重物，另一端有配重•电动马达提供动力，替代人力•铲斗第二类杠杆，增强挖掘力•通过配重平衡负载，减小所需动力•通过杠杆原理实现精确定位通过这些杠杆的协同工作，挖掘机能够高效完成挖掘、装载和搬运等任务•利用杠杆原理提升重达数百吨的物体•能够处理从微小元件到大型零件的各种工作现代起重设备结合了杠杆原理和液压系统，大大增强了起重能力现代机械臂结合计算机控制，实现了高精度、高重复性的工业操作杠杆原理与现代工程的结合在现代工程中，杠杆原理很少单独使用，而是与其他技术相结合液压系统利用不可压缩液体传递力，与杠杆结合大大增强力量电子控制通过传感器和微处理器精确控制杠杆动作材料科学新型高强度材料使杠杆结构更轻便耐用计算机模拟优化杠杆系统设计，提高效率杠杆的误区与辨析常见误区在理解和识别杠杆时，人们常常陷入以下误区形似即是杠杆认为所有细长的工具都是杠杆所有杠杆都省力忽视了费力杠杆的存在支点必须在中间只认识第一类杠杆杠杆必须是直的忽略了曲线形状的杠杆混淆力臂与杠杆长度力臂是支点到力的垂直距离，不是杠杆的总长度忽视力的方向只考虑力的大小，不考虑方向形似杠杆但不是杠杆的工具•铅笔虽然是细长硬棒，但正常使用时不绕固定点转动•拐杖通常直接支撑重量，不符合杠杆的工作方式•吸管不能传递力，不是杠杆学生典型错误汇总创新思维训练设计一种新型杠杆工具本环节旨在培养学生的创新思维和应用能力，要求学生设计一种新型杠杆工具设计要求

1.明确说明工具的用途

2.标注支点、动力点和阻力点位置

3.分析杠杆类型（第

一、第二或第三类）

4.解释工具的省力或费力特性

5.说明设计的创新点

6.绘制简单草图设计思路引导•可以改进现有工具•可以组合多种杠杆•可以解决生活中的实际问题•考虑特殊人群的需求（如老人、儿童）小组讨论与展示将学生分成4-5人小组，每组讨论各自的设计创意讨论内容•分享各自的设计想法•互相提出改进建议•选择一个最佳设计进行完善•准备展示材料展示形式•口头介绍（2-3分钟）•图纸展示•如条件允许，可制作简单模型•回答其他同学的问题创新设计示例科学态度与情感培养体会杠杆让劳动更轻松通过学习杠杆原理，我们可以深刻体会到科学如何让人类的劳动变得更加轻松高效历史视角•古代人类发现杠杆原理，使重物搬运成为可能•杠杆工具的发展极大地提高了生产效率•杠杆的应用减轻了体力劳动的强度•从简单撬棍到复杂机械，杠杆推动了人类文明进步现实感受•对比使用和不使用杠杆工具完成同样任务的差异•体验正确选择杠杆工具带来的效率提升•感受科学原理应用于实际生活的价值科学服务生活感悟杠杆原理的学习是理解科学服务生活这一理念的绝佳案例科学素养培养•学会用科学眼光观察日常工具•理解物理原理如何解决实际问题•培养实证精神和逻辑思维•增强动手实践能力情感态度培养•对科学知识的求知欲和好奇心素养提升与延展杠杆知识与物理学关联探索力学其他领域兴趣杠杆原理是理解更广泛物理概念的基础杠杆原理可以引发对以下领域的兴趣探索力矩概念杠杆原理本质上是力矩平衡，F×d就是力矩机械设计了解复杂机械中的杠杆应用转动平衡杠杆平衡条件是转动平衡的特例生物力学研究人体骨骼肌肉系统中的杠杆原理功与能量杠杆虽然改变力的大小，但遵循功的守恒建筑力学了解建筑结构中的力平衡简单机械杠杆是理解其他简单机械的基础航空航天飞行器控制面中的杠杆应用物理学史杠杆原理是最早被系统研究的物理规律之一体育科学体育活动中的杠杆原理（如撑杆跳、举重等）这些关联帮助学生将杠杆知识融入更广泛的物理学框架，为后续学习打下基础工程力学更复杂的力学系统设计鼓励学生根据个人兴趣，选择一个领域进行更深入的探索跨学科应用杠杆原理不仅限于物理学，它在多个学科领域都有应用数学杠杆平衡方程是线性方程的实际应用生物学了解动物骨骼肌肉系统中的杠杆原理地理学理解地质构造中的力平衡历史探索古代文明如何利用杠杆建造宏伟建筑艺术雕塑和建筑中的平衡原理体育分析各种运动中的杠杆应用这种跨学科视角有助于学生形成综合思维能力，看到知识间的联系成长目标课后思考与练习家庭实践寻找家中的杠杆回家后，在家中寻找至少5种杠杆工具，并完成以下任务

1.识别每种工具的支点、动力点和阻力点

12.判断每种工具属于哪一类杠杆

3.分析每种工具是省力还是费力

4.记录在专门的笔记本上，可以配上简单的示意图

5.尝试使用这些工具，体会杠杆原理的作用思考题杠杆极限阿基米德说给我一个支点，我可以撬起地球从理论上分析2•如果地球质量约为6×10²⁴千克，一个人力量约为500牛顿•计算需要多长的杠杆才能撬动地球？•这个长度现实吗？为什么？•有哪些现实因素限制了杠杆的实际应用？动手制作杠杆模型使用简单材料（如尺子、铅笔、橡皮、纸板等），制作一个能演示杠杆原理的模型3•模型应能清晰展示杠杆的三个要素•能够调整支点位置，展示不同类型的杠杆•能够通过实验验证杠杆平衡条件•在下次课上带来展示和分享实验报告要求完成杠杆实验后，请按以下格式提交实验报告实验目的简述实验要验证的原理实验材料列出所用的全部器材实验步骤详细描述实验过程数据记录使用表格记录实验数据数据分析计算和分析实验结果结论讨论•实验是否验证了杠杆原理？•实验中遇到了哪些问题？•如何改进实验方法？实验反思通过实验有何收获和感悟小结与互动答疑杠杆的三要素支点、动力点、阻力点杠杆的定义一根能绕着固定点转动的硬棒杠杆原理动力×动力臂=阻力×阻力臂实际应用生活中的杠杆工具三类杠杆省力、费力、等臂杠杆课堂小问答师生互动环节以下是一些关于杠杆原理的思考性问题，请同学们思考并回答开放问答时间，同学们可以提出在学习杠杆原理过程中遇到的任何问题例如为什么同样的剪刀，用靠近铰链处剪硬物体比用尖端剪更省力？这是因为靠近铰链处剪时，阻力臂变短，而动力臂不变，根据杠杆原理，所需动力减小，因此更•为什么有些杠杆工具很难判断类型？省力•杠杆原理在现实中有哪些限制因素？为什么钓鱼竿设计成费力杠杆，而不是省力杠杆？钓鱼竿的主要目的是增大钓线的移动距离和速度，而不是省力设计成费力杠杆（第三类杠杆）可以使鱼钩移•如何在日常生活中更好地应用杠杆原理？动距离远大于手部移动距离，有利于钓鱼操作•为什么说杠杆不创造能量，只是传递和转换能量？人的前臂是哪一类杠杆？它的支点、动力点和阻力点分别在哪里？人的前臂是第三类杠杆肘关节是支点，肱二头肌附着点是动力点，手部是阻力点。