1、1第十一章 简单机械和功延伸人体的神臂物理课程标准 （实验稿）相关要求通过实验探究，学会使用简单机械改变力的大小和方向。知道机械功的概念。能用生活、生产中的实例解释机械功的含义。结合实例理解功率的概念。了解功率在实际中的应用。理解机械效率。了解机械使用的历史发展过程。认识机械的使用对社会发展的作用。背景资料和课时建议一、导图说明本章导图的中心是“亚特兰蒂斯”号航天飞机在太空中伸出机械臂抓捕卫星的壮观场面。机械臂一直伸到图的右上角，与一只拿着筷子的人手交叉，构思别致，对比鲜明。筷子是最古老的简单机械，机械臂是最现代的高科技设备，它们之间巨大的差别中隐含着相同之处都是人手臂的延伸。无论多么复杂的机
2、械都是由简单机械组合而成的，其中包含许多简单机械的原理。我们要掌握现代科技知识，就得从学好基础知识起步。导图的左上方、右下方分别是生活中常见的自行车和建筑塔吊。2自行车由杠杆、滑轮、轮轴等简单机械组合而成，塔吊由简单机械加上电动装置组合而成。由图可以看出，简单机械在生产和生活中的用途是多么广泛！关于航天飞机的机械臂，在本章教材的“信息库”中有较为详细的说明。二、编写思路本章教材注重学生探究能力的培养，从开始的“拔图钉活动”到最后的“设计、制作组合的简单机械” ，始终突出科学探究的学习方式。教材从生活中最常见的夹子、螺丝刀入手，简单、有趣，循序渐进，由浅入深，从生活走向物理，从物理走向社会，让学
3、生感到生活中处处有物理知识，从而有效地调动了学生学习物理的积极性，能够更好的发挥学生的主观能动性。本章内容可以分为两部分。第一部分主要介绍简单机械杠杆、滑轮。第二部分主要介绍功做功的多少、做功的快慢、做功的效率。本章 5 小节中编排了 7 个学生探究活动，给学生提供了充分的表现和施展才华的机会。 新课程标准指出：“科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。将科学探究列入内容标准，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究3能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。 ”教师要在探究活动中引导学生仔细观察
4、，发现问题，提出问题，围绕着提出的问题制定探究计划，选择实验器材，设计实验过程。最大限度发挥小组讨论的优势，各抒己见，集思广益，选出最佳方案共同实施。让学生在学习物理知识的同时激发学习兴趣和求知欲，在解决问题的探究过程中获得成功的愉悦。本章最后安排了一个综合实践活动。这是在教师的引导下学生自主进行的综合性学习活动，是基于学生的经验，密切联系学生自身生活和社会实际，体现对知识的综合应用的实践内容。设计这个内容的宗旨是改变学生的学习方式，从接受学习到探究学习，从书本学习到生活实践，从个别学习到合作学习，从同步学习到个性化学习，培养学生的创新精神与实践能力。学生在综合实践活动中，通过小组讨论，积极动
5、手、动脑设计制作，将理论知识应用于实际，既加深了对简单机械原理的理解，又加强了同学之间的交流与合作。学校可配合教学举行小设计、小制作竞赛评比活动，促使学生把课内课外的探究活动结合起来。本章最后介绍了用概念图梳理知识，给学生提供了一个总结知识的方法和形式，教师可以引导学生对各章知识进行梳理，帮助学生尽快步入自主性学习的轨道。三、知识网络4四、课时建议1杠杆 2 课时2滑轮 2 课时3功 1 课时4功率 12 课时5机械效率 1 课时综合实践活动 1 课时复习 1 课时教材说明和教学建议做功的两个必要因素做功的快慢P简单机械杠杆 杠杆的平衡条件件省力杠杆费力杠杆等臂杠杆滑轮组动滑轮定滑轮滑轮（实质
6、是变形杠杆）功功的定义、公式、单位功率的定义、公式、单位 做功的效率 有用功、总功、额外功机械效率的定义、公式功率的物理意义做功的多少W机械效率的物理意义5一、杠杆【教学目标】1知道什么是杠杆，能从常见的工具中辨认出杠杆。2理解力臂的概念，会画杠杆的力臂。3理解杠杆的平衡条件，能通过实验探究总结出杠杆的平衡条件，会用杠杆的平衡条件解题。4了解杠杆的应用，能对杠杆进行分类，并了解分类原则。【教材说明】杠杆是生活中常见的简单机械。学生每天都会接触剪刀、指甲剪、夹子等物体，但仅仅是会使用，没有深入地研究这些物体的特点。本节内容从学生身边熟悉的物体入手，探究并认识其物理规律，同时将学生认识到的物理知识
7、及科学研究方法与社会实践及其应用结合起来，符合课程基本理念。 本节内容是“运动和力”知识的加深和拓展。初二学习的运动是平动，力的作用效果与力的三要素有关。学习了本节内容，平动变为转动，力的效果不仅与三要素有关，还与力臂有关。从二力平衡条件发展到杠杆平衡条件，学生容易混淆，教学中应对照讲解，使学生能够区分。教材中安排了例题“用弹簧测力计称大象的体重” ，一方面让学6生练习用杠杆的平衡条件解题，另一方面使学生对力和力臂的关系有了更深刻的理解，只要动力臂和阻力臂之比足够大，用很小的力就能提起很重的物体。例题之后可插入阿基米德撬地球的故事，还可以让学生讨论：人和大象能不能玩跷跷板？若能，请估算跷跷板的
8、力臂之比大约是多少？以此增强课堂的探究氛围。【教学建议】1关于“活动 11.1 拔图钉”的教学活动中应将图钉按在密度较大的木板上，使学生无法直接用手拔出来，必须借助工具。实验使用的杠杆其支点和阻力作用点两点之间距离很小，演示实验可见度差，应做学生分组实验，学生可以凭已有的经验和能力将图钉拔出。活动完成后每组代表介绍并演示拔图钉的方法，教师同时在黑板上画出示意图，总结几种方法的共同特点，引入杠杆的概念。通过这一活动，学生对硬棒、支点、动力、阻力等关键词有了较深的印象，为后面的学习打下基础。2关于力臂画力臂是本节教学的重点。学生常常把支点到力的作用点之间的距离当成力臂。教学中应举一些生活中常见的典
9、型事例，比如开门：支点和力的作用点不变，拉力的方向由与门垂直到倾斜，拉力越来越大，费力的原因是动力臂变小了，从而说明力臂不是两点之间的距离，而是点到线的距离。指导学生画力臂要分成三步：找支点的位置；画力的作用线；从支点到力的作用线作垂线。教师在黑板上示范7作图时也应强调作图步骤，并要让学生多练习，多体会。3关于杠杆的平衡学生常常认为，杠杆只有在水平位置才是平衡状态，实际上杠杆只要静止或匀速转动都是平衡状态。在活动 11.2“探究杠杆的平衡条件”实验中，要求杠杆静止时处于水平位置，这是因为动力和阻力的方向都是竖直向下，杠杆静止时处于水平位置，便于在杠杆上直接读出力臂的大小。实际上杠杆处于倾斜位置
10、，只要能保持静止，也是平衡状态。在“探究杠杆的平衡条件”实验中，学生通过实验得出三组数据，每组数据中有 4 个物理量。要让学生通过讨论找出 4 个物理量之间的关系，教师不要轻易提示或引导。 课程标准在关于科学探究一节中指出， “对于多数探究活动来说，探究的过程比探究的结果更重要。在探究活动中，不要为了赶进度而在学生还没有进行足够的思考时草率得出结论。为了让学生充分体验探究的过程，应该安排足够的时间让各种想法、各种观点进行充分的交流和讨论。 ” 寻找实验数据之间的联系，分析、处理实验数据也是培养学生能力的一个重要途径，不能为了方便、省时，轻易地“走捷径” ，把结果及早告诉学生。4关于“生活中的剪
11、刀”的教学教材在“生活物理社会”栏目中介绍了 4 种剪刀，学生可以根据剪刀刀刃的长度判断省力还是费力。但是每种剪刀的省力情况还与被剪物体在剪刀中的不同位置有关。教学中应引导学生画出杠杆示8意图，从图中可以看出，被剪物体离支点越近，阻力臂越小，动力臂与阻力臂的比值越大，越省力。该栏目最后提出问题：园艺师使用了哪些剪刀？选用每一种剪刀的理由是什么？学生可以走出校门进行一些社会实践和调查，了解园艺工人修剪不同的树枝、不同的花草所选用的剪刀，用课堂学的杠杆知识去解释各种剪刀的特点，通过实践加深对杠杆知识的理解。【WWW 参考答案、说明或提示】1 （略）2根据杠杆平衡条件，可在右边 10 cm 处挂 6
12、 个钩码；或在右边20 cm 处挂 3 个钩码；或在右边 30 cm 处挂 2 个钩码。3因为缝衣针不可能正好在重心位置，质量略大的那端向下倾斜，火苗向上烧，使这端的蜡烛融化较快，质量很快小于另一端，向上翘起，另一端就会下倾；同理，当另一端质量变小后又向上翘起，使蜡烛跷跷板不停地往复摆动。二、滑轮【教学目标】1认识定滑轮和动滑轮，能用杠杆原理解释定滑轮和动滑轮的特点。2知道定滑轮、动滑轮和滑轮组的作用。93能根据滑轮组的构成方式判断省力情况。4能识别生活和生产中常见的滑轮，能根据要求组装简单的滑轮组。【教材说明】本节教材选用了两个学生活动。第一个是开放性的活动，讨论：“如何把木料运上楼” ，主
13、要是认识滑轮；第二个是探究性的活动，“探究使用定滑轮和动滑轮的特点” ，主要是从理论上解释滑轮的特点。教材介绍了电梯、起重机等生活和生产中常见的设备，教师可以通过图片、投影、录像、光盘等视听媒体，展示了滑轮在这些设备中的作用，使学生了解它的广泛用途。教材的“生活物理社会”栏目介绍了轮轴，并用杠杆平衡条件分析了轮轴省力的原因。使用轮轴通常是为了省力，但有时也可以是省距离，如果把动力作用在轴上，阻力作用在轮上，那就是费力省距离的轮轴。例如学生跳远测距离的皮卷尺，用完后卷起来时就是省距离的轮轴。该栏目还介绍了斜面，这是为下一节课做铺垫，教师可以根据课本上的图 1123（供轮椅通行的斜坡）和图 112
14、4（盘山公路）简单地介绍斜面的作用。结合本节教学，教师可以利用第二课堂活动，引导学生自己选择身边的器具自制滑轮组，可以为教室的窗帘增加一个自动开合拉线，还可以做一些小型起重工具，通过动手制作加深对滑轮的认识和理解。10【教学建议】1关于“动滑轮的支点和力臂”的教学教材在“读一读”栏目中，说明了滑轮实质上是一个变形杠杆，要求学生参照图 1119（a）去分析图 1119（b） ，说明动滑轮是怎样的杠杆。学生在分析时最容易错的是动滑轮支点的位置。学生只要见到“轮” ，往往认为围绕转动的支点一定在圆心，而动滑轮的支点却在滑轮的边缘。要让学生理解支点的位置，教师可以用一个圆柱体，将其慢慢推上一个台阶如图 111，此时支点就不在圆心而在圆的边缘 O 点。还可以用一根直尺，一端吊起，中间挂重物，另一端用细线向上拉如图 112，这时学生很容易找到支点。与此对照很容易看出，动滑轮的圆心相当于尺子的 B 点，是阻力的作用点，而滑轮的边缘才是支点。滑轮随重物一起运动，支点的位置也不断变化，所以说滑轮实质上是可以连续转动的杠杆，是无数根杠杆的组合。图 111 图 112支点的位置明确了，力臂问题就容易解决了。动力臂 l1 是滑轮的直径，阻力臂 l2 是滑轮的半径，动滑轮是动力臂为阻力臂二倍的杠杆。2关于“活动 11.4 探究使用定滑轮和动滑轮的特点”的教学
