师：各位同学，你们好，很高兴今天能和大家一起学习本节课的内容。在上课之前，我想先邀请同学们观看一段比赛视频。今天我邀请了一位男生和一位女生来参加本次比赛，比赛项目是开瓶盖，男生将进行徒手开瓶盖，女生则用瓶起子开瓶盖。我们来看一看究竟谁能率先打开这个瓶盖呢？两位选手，你们准备好了吗？
生：准备好了。
师：预备，开始！
师：好，比赛结束。我们可以看到这位女生在很短的时间就赢了这位男生。为什么这位强壮的男生却输给了这位柔弱的女生呢？同学们，你们知道这是为什么吗？同学们找到原因了吗？
生：因为女生使用了瓶起子。
师：没错，看来瓶起子的作用非常强大。那么同学们，你们知道瓶起子属于简单机械中的哪一种吗？
生：杠杆。
师：对，它就是我们今天要学习的杠杆。其实，我们生活中有许多机械都是杠杆，比如我们在使用羊角锤拔钉子的过程中，羊角锤也是一个杠杆。同学们，你们能够根据瓶起子和羊角锤的使用过程，找出杠杆有什么共同的特点吗？
生：它们都是一个硬棒，同时都能绕着固定点转动。
师：非常好。那么同学们，你们能根据杠杆的这些特点来归纳杠杆的定义吗？请同学们试一下。你们想好了吗？
生：一根硬棒在力的作用下能绕着固定点转动，这根硬棒就是杠杆。
师：非常棒。在了解了杠杆的定义之后，为了进一步认识杠杆，接下来我们就以撬棒为例，来一起看一看。撬棒也是一根能够在力的作用下绕着固定点转动的硬棒。在物理学中，我们将杠杆绕着转动的点称作支点，用符号 o 来表示，在这里红点所示的位置就是撬棒的支点。为了使杠杆转动，我们还要给它施加一个力，这个促使杠杆转动的力，我们将它称为动力，用符号 F1 来表示。我们可以看到撬棒在转动的过程中，右侧的石块会给撬棒施加一个阻碍它转动的力，我们将这种阻碍杠杆转动的力称作阻力，用符号 F2 来表示。根据生活经验，我们还可以知道动力作用在撬棒的不同位置时，动力的大小也不一样，一般情况下距离支点越远越省力。这说明杠杆在使用的过程中，距离会影响到力的大小。那么这个距离到底是支点到力的作用点的距离，还是支点到力的方向所在的直线，也就是力的作用线的距离呢？下面我们就一起通过一段实验视频来看一看。这里是两个形状不同的杠杆，它们的右侧都能够在水平位置保持静止。现在我们在杠杆的右侧距支点 10 厘米的位置上挂一个重为两牛的钩码，在它的左侧距支点 10 厘米的位置同样挂上一个重为两牛的钩码，可以看到杠杆此时仍能在水平位置保持静止。在另一个杠杆的右侧距支点 10 厘米的位置上，同样挂上一个重为两牛的钩码，在它的左侧，我们也挂上一个重为两牛的钩码，不断移动它的位置，直到杠杆右侧同样能够在水平位置保持静止。此时两个杠杆左侧的力的作用效果是相同的。通过观察我们不难发现，支点到左侧两个力的作用点的距离是不同的，但是支点到左侧两个力的作用线的距离是一样的。那么同学们，影响杠杆在使用过程中力的大小的究竟是什么距离呢？
生：支点到力的作用线的距离。
师：没错，这个距离就是支点到力的作用线的距离，也就是我们所说的力臂。我们将从支点到动力作用线的距离称作动力臂，用符号 L1 来表示，将从支点到阻力作用线的距离称作阻力臂，用符号 L2 来表示。我们将支点、动力、阻力、动力臂和阻力臂统称为杠杆的五要素。在知道了杠杆的五要素之后，接下来我们就一起看一看如何画出杠杆的力和力臂呢？以跷跷板为例，首先我们要找出支点的位置，并标记为 o，这里红点所示的位置就是跷跷板的支点。接着我们要做出动力 F1 和阻力 F2，这里我们将小男孩施加给杠杆的压力作为动力 F1，把小女孩施加给杠杆的压力作为阻力 F2。最后我们再做出动力臂 L1 和阻力臂 L2，将动力的作用线反向延长，同学们注意，延长线要用虚线来画，过支点向动力所在的直线做垂线，这就是动力臂 L1。同样，过支点向阻力的作用线做垂线，这就是阻力臂 L2。同学们，你们都学会了吗？那就让我们一起来试一试吧。如图所示的杠杆，o 为支点，F1 是人施加给杠杆的动力，请画出重物 p 对杠杆的压力 F2 以及动力臂 L1 和阻力臂 L2。请同学们开始作答。现在我们来一起看一看这道题应该如何作答吧。首先我们画出重物 p 对杠杆的压力 F2，接着过支点向动力 F1 所在的作用线做垂线，这就是动力臂 L1，同样过支点向阻力 F2 所在的作用线做垂线，这就是阻力臂 L2。相信同学们已经很好地掌握了力臂的画法。那么同学们，你们知道吗？杠杆在动力和阻力的作用下，如果能够保持静止状态或者匀速转动状态时，我们就认为这个杠杆平衡了。那么杠杆在满足什么条件时才会平衡呢？接下来，我们就一起来探究杠杆的平衡条件。请同学们大胆地猜想一下，杠杆在平衡时，它的动力、动力臂、阻力和阻力臂之间可能存在着什么样的关系呢？
生：（同学们各自说出自己的猜想）
师：相信同学们都一定有了自己的猜想，那么接下来我们就一起通过一段实验视频来看一看究竟谁的猜想才是正确的呢。我这里有两根杠杆，一根在水平位置平衡，还有一根倾斜一定角度平衡。同学们，如果让你来进行实验，你会选择哪一根杠杆呢？
生：水平平衡的杠杆。
师：为什么呢？
生：因为水平平衡的杠杆，它的力臂恰好与杠杆重合，我们可以直接从杠杆上读出力臂的大小，这样更便于我们进行实验。
师：非常好，所以实验的第一步我们就要调节平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡。可以看到杠杆左侧较高，所以我们要向左调节平衡螺母。我们接下来要用到的实验器材有杠杆、弹簧测力计和钩码，这里我们用到的钩码每个重为 0.5 牛。在杠杆的左右两侧挂上钩码，可以看到杠杆在水平位置平衡时，动力为一牛，动力臂为 0.1 米，阻力为一牛，阻力臂为 0.1 米。将实验数据记录在表格中，更改钩码数量，并再次进行实验。可以看到，杠杆在水平位置平衡时，动力为一牛，动力臂为 0.1 米，阻力为 0.5 牛，阻力臂为 0.2 米。将实验数据同样记录在表格中，继续更改钩码数量，并再次进行实验。可以看到，杠杆在水平位置平衡时，动力为一牛，动力臂为 0.15 米，阻力为一牛，阻力臂为 0.15 米。将第三组实验数据记录在表格中。现在我们进行第四次实验，可以看到杠杆在水平位置平衡时，动力为 1.5 牛，动力臂为 0.1 米，阻力为 1.5 牛，阻力臂为 0.1 米。同样将实验数据记录在表格中。最后一次实验时，我们将动力和阻力放在支点的同一侧，通过观察我们可以看到，杠杆在水平位置平衡时，动力为 1.5 牛，动力臂为 0.05 米，阻力为 0.5 牛，阻力臂为 0.15 米。将实验数据记录在表格中，到这里我们的 5 次实验就都做完了。这是我们刚才通过实验得到的实验数据。分析实验数据，你能得出杠杆的平衡条件吗？