3.3认识简单机械[上学期]

§3—3 认识简单机械
【教材分析】
本节主要学习杠杆、滑轮、滑轮组和斜面等简单机械的特点及工作原理，并通过实例分析引入有用功、额外功和机械效率的概念，让学生了解生活生产中常用简单机械的工作原理，了解使用机械时的能量转化过程及转化效率。教科书把杠杆、滑轮、滑轮组和斜面集中在一起，其优势是易于进行一些基本特点的比较，找出相近的规律，易于对简单机械的整体认识。
【课标要求】
1．认识简单机械的作用
2．用简单机械原理解释人体的运动，能区分功率和机械效率，从能的传递和转化认识功率和机械效率
活动建议：调查生活中常见的简单机械，探究杠杆的平衡条件
【教学目标】
一、知识与技能
1. 知道杠杆是一种简单机械，能找出杠杆的支点、动力和阻力、动力臂和阻力臂。
2. 理解杠杆的平衡条件，知道杠杆省力或费力的原因。
3. 了解定滑轮、动滑轮的工作原理，知道定滑轮、动滑轮的实质是一个杠杆，了解滑轮组及其工作原理。
4. 理解机械效率，知道有用功、额外功和总功的区别。
二、方法与过程
1．能分析杠杆使用过程中的能量转化过程。
2．学会探究杠杆平衡条件。
3．学习测量简单机械的机械效率。
三、情感态度与价值观
1. 通过机械使用的历史及发展过程的学习，体验机械的使用对社会发展的作用。
【教学重点】
杠杆及杠杆平衡条件；简单机械的基本特征；渗透使用简单机械时的能量转化。
【教学难点】
动力臂和阻力臂；定滑轮、动滑轮的实质是一个杠杆；分析使用机械时的能量转化及机械效率的概念。
【课时安排】5课时
内 容 课 时
1. 认识杠杆 1
2. 研究杠杆的平衡条件（包括分组实验） 1
3. 杠杆的应用 1
4. 定滑轮和动滑轮、滑轮组 1
5. 机械效率、测量斜面的机械效率 1
【教学程序】
第1课时 杠杆
〖新课引入〗
利用多媒体展示一些机械（如：古代劳动工具——蒸汽机——现代机械），让学生说说使用它们的好处——减轻人的劳动强度，提高工作效率。了解机械的发展历史及机械对经济发展的作用。
引言：任何复杂的机械都是由一些简单的机械组合而成的，学习机械应当从最简单的机械——杠杆开始。
〖探究学习〗
1. 寻找共性，建立概念
演示并用媒体展示“开瓶器”和“撬棒”的工作过程，让学生寻找两者的共性（教师引导）：①在力的作用下能转动。②转动时，有一点固定不动。
引导学生下定义：一根硬棒如果在力的作用下，能绕固定点转动，这根硬棒就叫杠杆。
学生举例：要求学生根据杠杆定义，从生活生产中熟悉的器械中例举杠杆的实例。
从实例中得出杠杆的形状各种各样：可以是直的，也可以是弯的。
2. 抽象模型，深化概念
（1）探究活动：使用撬棒撬石块时，能否将石块撬起跟哪些因素有关？
A．学生讨论提出假设：跟人用力大小、作用力方向、力的作用点、固定点的位置、石块重力、石块离固定点的距离等有关。（教师给予引导）
B．利用弹簧秤、撬棒、石块等器材演示，验证假设。
在此基础上，教师提出动力（F1）、阻力（F2）、支点（O）的概念。
C．引导学生观察作图，引出力臂概念。
观察比较图1得出：力F的方向改变时，O点到过力的作用点A点沿力F方向的直线的距离也随之改变。
观察比较图2得出：力F的作用点改变时，O点到过力的作用点A点沿力F方向的直线的距离也随之改变。
结论：由此可知，支点O到过力的作用点沿力方向的直线的距离可以反映力的方向和力的作用点这两个因素对杠杆转动的影响。
科学上把过力的作用点沿力方向的直线叫做力的作用线，把支点到力的作用线的距离叫做力臂。
在此基础上，教师指出，力的作用点和力的方向可以用力臂来体现，并提出动力臂（ｌ1）、阻力臂（ｌ2）的概念。
D．结论：使用撬棒撬石块时，能否将石块撬起跟支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂五因素（要素）有关。
（2）以撬棒撬动石块为例，示范绘制杠杆模型（杠杆示意图）。
F1 O ｌ2
ｌ1
F2
强调：力臂是点（支点）到线（力的作用线）的距离。作力臂的步骤（三部曲）：找“支点”、画“作用线”、作“距离”。
练习：以“羊角锤”为例，画出它的杠杆示意图。
3. 实例分析，升华概念
讨论：在生活、生产中，还能举出哪些杠杆实例？并找出它们的五要素。学生讨论、交流，教师纠正、补充：
作为生活、生产器具的杠杆——如指甲刀、筷子、扫把、铡刀……
人体中的杠杆——如手臂杠杆、脚部杠杆、头部杠杆……
〖课堂小结〗
学生谈谈本节课的收获，并对本节课内容进行整合。
〖布置作业〗
1. 完成课后习题1~2题
2. 作业本第3节（一）
3. 调查生活中常见的杠杆
第2课时 研究杠杆平衡条件
〖复习旧知〗
1. 杠杆的概念和五要素
2. 画杠杆示意图（指甲刀模型）
〖探究学习〗
1. 提出问题
回忆：我们利用杠杆工作时，杠杆能否转动起来，跟哪些因素有关？
回忆：什么叫二力平衡？
提出杠杆平衡概念：杠杆在动力和阻力的作用下，保持静止状态或匀速转动状态，我们就说杠杆处于平衡。
激发提出研究的问题：接下来，你们想研究什么问题？（各抒己见）
整合：当杠杆平衡时，动力和动力臂、阻力和阻力臂之间存在着怎样的关系呢？
2. 建立假设
从二力平衡和逻辑（可能性）两个角度引导学生建立假设。
3. 收集证据
（1） 理清实验思路
（2） 选择实验器材
（3） 设计记录表格
（4） 分组实验（教师巡视指导）
4. 验证假设
（1） 数据处理
（2） 误差说明
（3） 初步结论
5. 形成结论
（1）引导学生讨论：在杠杆水平静止下，得出的平衡条件是否适用与其他情况的平衡呢？（非水平静止、匀速转动）
（2）结论：杠杆平衡条件——动力×动力臂=阻力×阻力臂（F1ｌ1=F2ｌ2）。
〖课堂小结〗
1. 学生谈收获
2. 对课堂情况（实验）做一概述
〖布置作业〗
1． 完成实验讨论题
2． 课后练习 3
3． 作业本（二）
第3课时 杠杆的应用
〖复习旧知〗
利用杠杆平衡条件解释：
1. 杆秤原理
2. 跷跷板原理
〖探究学习〗
1. 探究杠杆能省力还是费力
（1）理论推导，建立方法
引导学生从杠杆平衡条件F1l1=F2l2出发，导出：
l1 > l2 F1 < F2
l1 = l2 F1 = F2
l1 < l2 F1 > F2
（2）实例分析，理解方法
探究方案：
杠杆（实例） 特点（l1与l2的关系） 省力或费力
1.2.3.4.……
（3）概括杠杆的分类
省力杠杆 （l1 > l2）
杠杆 费力杠杆（l1 < l2 ）
等臂杠杆（l1 = l2）
（4）讨论使用费力杠杆的目的？
（5）列举生活和生产中三类杠杆的实例
2. 杠杆平衡条件的应用
（1） 定量计算：例题1（强调解题规范）
（2） 定性讨论：例题2（补充）：一根粗细均匀的铁条，在其中点处用细悬挂起来，铁条处于水平平衡。若将右端向内弯曲（如图），铁条还能水平平衡吗？说明理由。
3. 杠杆使用过程中的能量转化
思考交流：省力杠杆能不能省功？动力在做功过程中消耗的能量转化成了什么形式的能？
〖课堂小结〗
〖布置作业〗
1．作业本（三）
第4课时 滑轮和滑轮组
〖情景引入〗
出示滑轮，问：在什么地方见过这种轮子？
学生回答后教师补充：窗帘上、旗杆上、起重机上………都用到这种轮子。并提出滑轮的概念：这种周边有槽，能绕固定轴转动的轮子就是滑轮。
为了认识这些滑轮的作用，我们先来学习最简单的两种滑轮。
〖新课学习〗
1. 定滑轮和动滑轮
（1）观察装置，建立概念
出示定滑轮和动滑轮两种装置，并演示提升重物，要求学生仔细观察，寻求异同。
学生回答后，整理：相同之处——重物都被提升；不同之处——一个滑轮位置固定不变，一个滑轮随重物向上运动。
在此基础上，提出定滑轮和动滑轮的概念。
（2）实验探索，明确特点
A．讨论：人们为什么要使用定滑轮？为什么要使用动滑轮？
整合：可能是为了省力或省距离或改变力的方向（方便）。
B．实验探索动滑轮和定滑轮的特点：
利用钩码、滑轮、弹簧秤、细线、铁架台、刻度尺等工具，按下表进行测量并记录。
滑 轮 定滑轮 动滑轮
实验次数 1 2 1 2
钩码重力G（牛）
滑轮重力G0（牛）
自由端拉力F（牛）
钩码上升高度h（厘米）
自由端上升高度s（厘米）
自由端拉力的方向
讨论：如果滑轮没有重力、摩擦也不存在（理想模型），上述实验的结果又会是怎样哪？
由此得出理想滑轮模型的特点：
定滑轮：F = G ；s = h ；能改变力的方向。
动滑轮：F = G/2 ；s = 2h ；不能改变力的方向。
（3）用杠杆原理解释理想滑轮模型的特点
A．讨论：定滑轮、动滑轮能否看作一个杠杆？若可以，指出支点等杠杆的五要素。
教师用媒体展示或板图，让学生说出五要素。
B．解释理想模型的特点
定滑轮实质是一个等臂杠杆；动滑轮的实质是一个动力臂为阻力臂2倍的杠杆。
过度：定滑轮和动滑轮各有什么优、缺点？
2．滑轮组
（1）认识滑轮组
出示滑轮组让学生观察：由若干个定滑轮和动滑轮组成滑轮组。
（2）探索滑轮组的特点
利用钩码、滑轮、弹簧秤、细线、铁架台、刻度尺等工具，按下表进行测量并记录。
引导学生分析实验数据归纳得出滑轮组（不考虑摩擦）的特点：使用滑轮组时，动滑轮和重物的总重由n段绳子承担，提起重物所用的动力就是总重的1/n；重物上升h高度，绳子自由端要移动nh距离。
（3）例题求解
例：缠绕滑轮组的绳子能承受的最大拉力为300牛，用它
连接如图所示的滑轮组，能否提升重600牛的重物？（已知
动滑轮重20牛，绳子重和摩擦不计）。
〖课堂小结〗
〖布置作业〗
1． 课后练习 4
2． 作业本（四）
第5课时 机械效率
〖情景导入〗
思考；人们使用机械的目的是什么？
回答后整合：
有的是为了省力，有的是为了省距离，有的是为了方便。
思考：从功和能的角度分析，使用机械时，能否省功呢？（过渡）
〖新课学习〗
1．实例分析，建立概念
某人用动滑轮将重为G1的米袋提升h高度，设动滑轮重为G2，不考虑绳子重和滑轮轴心处的摩擦，人所做的功为多大？
学生思考后解答：
W = Fs = （G1 + G2）/2 × 2h
= G1h + G2h = W1 + W2
思考：利用动滑轮提升物体是时，在人所做的两部分
功W1和W2中，哪个功是我们所必需做的？哪个功并不
是我们必需做的，但又不得不做的？
学生思考回答后，引出有用功、额外功和总功的概念。
有用功：我们把必需做的那部分功叫做有用功（克服
有用阻力所做的功）。
额外功：把虽然不需要，但又不得不做的那部分功叫做
额外功（克服额外阻力所做的功）
总功：有用功与额外功的总和叫总功（动力所做的功）。
讨论：
（1） 在上述实例（用动滑轮提米袋）中，如果考虑绳子的重和动滑轮轴心处的摩擦，所做的额外功还有哪些？你希望额外功大些，还是小些？
（2） 从能量转化的角度，可以对上述实例中的各种功进行如下的分析。怎样描述机械工作时能量的利用率呢？
阶段小结：机械效率的概念。
定义：有用功跟总功的比值叫做机械效率。
意义：反映有用功在总功中所占的比例，机械效率越大，机械工作时能量的利用率越高。
公式： = W有/W总 ×100%
阅读P102第1自然段，了解一些机械的机械效率：一般的滑轮组机械效率为50%~70%，起重机的效率为40%~50%，抽水机的机械效率为60%~80%。
讨论：
（1） 机械效率总是小于1，为什么？
（2） 你认为可以从哪些方面提高机械效率？
（3） 机械工作时，功率越大，是否机械效率就越高呢？
2．测定斜面的机械效率
（1）认识斜面
媒体展示斜面，让学生观察，并引导学生结合
生活经验认识斜面——斜面是块斜放的平板，
它是一种省力机械。
（2）讨论测量方案
关注：
A． 你测量斜面的机械效率依据（或原理）是什么？
B． 实验中需要进行哪些操作？需要测量哪几个量？各需什么仪器？
C． 如何设计记录表格？
D． 整理你思路，写出实验步骤？
（3）交流，选择设计科学、易于操作的方案进行实验。
（4）计算斜面的机械效率。
（5）进一步探究：机械效率可能跟哪些因素有关？
如何测量滑轮组的机械效率？（设计方案，可在课后完成）
〖课堂小结〗
〖布置作业〗
1． 课后练习 5
2． 作业本（五）
【教后札记】
1． 杠杆概念的教学是本课教学的难点，教学中，通过实例分析、比较建立概念，再设计一个探究活动，引入杠杆五要素，建立杠杆模型，最后再回到实例分析巩固概念。这样让学生对杠杆有较深刻的认识。
2． 本课探究素材多，是培养学生探究能力的良好契机，教学中充分利用探究素材，多次设计探究活动，让学生积极参与，体验探究过程。
例题2图
实验次数 1 2
钩码重力G（牛）
动滑轮重力G0（牛）
自由端拉力F（牛）
钩码上升高度h（厘米）
自由端上升高度s（厘米）
人提供的能量
总 功
有用功
额外功
米袋增加的势能
动滑轮增加的势能