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1. 杠杆

生活中的简单机械 · 四年级
先确认一下:这一关能不能学
先会这个
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 杠杆是一根在力的作用下能绕固定点(支点)转动的硬棒。

从哪来 它建立在“9. 简单机械原理”之上,是简单机械中利用力臂关系改变力的大小或方向的具体应用。

为什么 杠杆平衡的本质是力矩平衡。根据杠杆原理 $F_1 L_1 = F_2 L_2$(动力×动力臂=阻力×阻力臂),当动力臂大于阻力臂时,可以用较小的动力克服较大的阻力,从而实现省力;反之则费力但省距离。这解释了为什么撬棍能撬动巨石,而镊子虽然费力却能精准夹取。

生活类比法
适合直观思维型学生。 让学生回忆跷跷板的体验。告诉学生,跷跷板中间固定的轴就是“支点”,两边坐的人施加的力就是“动力”和“阻力”。问学生:为什么大人和小孩能玩跷跷板?引导他们发现,小孩坐得离支点远(力臂长),大人坐得离支点近(力臂短),通过调整距离就能平衡。
实验探究法
适合动手操作型学生。 提供一根直尺、一个支点(如笔帽)、若干钩码。让学生尝试用不同的钩码数量(力)和不同的刻度位置(力臂)让直尺保持水平。记录数据,让学生自己发现“左边钩码数×左边格数 = 右边钩码数×右边格数”的规律,从而理解杠杆原理。
结构拆解法
适合逻辑分析型学生。 直接展示杠杆的三要素模型:支点(O)、动力(F1)、阻力(F2)。强调“硬棒”可以是直的也可以是弯的(如羊角锤拔钉子)。重点讲解“力臂”不是支点到力的作用点的距离,而是支点到力的作用线的垂直距离。通过几何作图的方式,让学生理解为什么力臂决定了杠杆的省力程度。
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练一道
基础题
一根杠杆,支点在中间。左边距离支点 20cm 处挂 3 个 100g 的钩码,右边距离支点 30cm 处挂几个 100g 的钩码才能平衡?
变式
用羊角锤拔钉子,手握在锤柄末端,锤头卡在钉帽下。如果手握的位置离支点(锤头与地面接触点)越远,拔钉子是越省力还是越费力?为什么?
试试手自己判
检测题
小明用一根 1 米长的直尺做杠杆实验,支点在 20cm 刻度处。他在 10cm 刻度处挂了 2 个 50g 的钩码。为了保持平衡,他应该在 80cm 刻度处挂多少个 50g 的钩码?
看答案和判分标准
答案:1 个。
判对标准:
学生需正确计算动力臂(20-10=10cm)和阻力臂(80-20=60cm)。
计算过程:2 × 10 = 1 × 60。
若学生直接用 10 和 80 计算,或忘记减去支点位置,则判错。
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