第九章 机械与人.docx

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第九章机械与人

第九章机械与人

第一节杠杆

学习目标

1．知道什么是杠杆，理解力臂的概念，能根据相关的实物，画出杠杆示意图。

2．通过实验，探究杠杆的平衡条件，会利用杠杆平衡条件解决一些简单的问题。

3．认识生活中的一些杠杆，会对杠杆进行分类。

学时安排

本节用2学时，第一学时认识杠杆、探究杠杆的平衡条件，第二学时学习杠杆的分类和应用。

第一学时

课前准备

1．自带物品

课前从家里带来羊角锤、剪刀、钳子、起子（及带瓶盖的废酒瓶）等工具。

2．预习记录

通过预习课文，你学会了什么，有哪些疑问，请简要记录下来：

合作探究

一、认识杠杆

活动1：

分别用羊角锤起钉子、用剪刀剪纸、用起子起瓶盖、用直尺撬文具盒……。

在观察的基础上，思考讨论：

1．这些工具在工作时有哪些共同特征？

2．请画出下图中各杠杆的支点O和动力F1及阻力F2的示意图。

思考：

F1和F2是谁受到的力？

二、探究杠杆的平衡条件

活动2：

回忆你玩过的跷跷板的游戏，结合观察下图思考：

1．你有哪些感兴趣的问题？

2．跷跷板在水平位置静止由哪些因素决定？

活动3：

探究杠杆的平衡条件

1．在木尺的两边分别挂上数目不同的钩码，用F1、F2表示钩码的拉力，用L1、L2表示悬挂点到支点O的距离。

2．改变钩码个数并调节悬挂点到O点的距离，使木尺处于水平静止状态。

将各次实验数据填写入下表。

填一填

⑴杠杆：

__________________________________，叫杠杆。

⑵支点是：

________________，动力是：

____________，阻力是：

___________。

实验

次数

左边

右边

动力F1/N

距离L1/cm

阻力F2/N

距离L2/cm

1

2

3

3．观察分析实验数据，看看木尺平衡的条件是什么？

结论

4．如果杠杆的左边改用弹簧测力计斜拉杠杆使其平衡（如图所示），用刻度尺分别测出支点到测力计拉力作用点的距离和支点到该力作用线的距离填入下表中。

实验

次数

左边

右边

动力F1/N

支点到力的作用点距离L/cm

支点到力的作用线距离L1/cm

阻力F2/N

距离L2/cm

1

2

5．分析实验数据，看看木尺平衡的条件是什么？

结论：

_____________________________________

填一填

⑴动力臂是：

____________，

阻力臂是：

___________。

⑵杠杆的平衡条件为：

________________。

说明

学生说出杠杆的特征后，教师顺势给出杠杆、支点、动力、阻力几个名词。

本环节意在引导学生发现问题，进而探究杠杆的平衡条件。

若在课堂上播放实景视频，引导学生提出问题和猜想，效果更好。

基于学生的实际认知规律，此时不急于硬性给出“力臂”的概念，而是称之为悬挂点到支点的“距离”。

该步实验可由教师演示，学生记录数据。

通过演示实验首先使学生发现：

当用弹簧测力计斜拉杠杆时，左右两边的力与支点到力的作用点距离的乘积不再相等！

形成认知冲突。

然后教师引入“力的作用线”和“力臂”的概念。

第二学时

课前准备

预习记录

通过预习课文，你学会了什么，有哪些疑问，请简要记录下来：

合作探究

三、杠杆的分类

活动4：

标出下图中杠杆的支点，并画出动力、阻力、动力臂、阻力臂。

然后思考讨论：

1．根据生活经验，你认为上图中的杠杆哪些是省力的？

哪些是费力的？

哪个既不省力，也不费力？

2．根据杠杆的平衡条件分析，为什么有的杠杆省力？

有的杠杆费力？

有的既不省力又不费力？

3．生活中还有哪些省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆？

请列举几例，并画出这些杠杆的示意图。

说明

本节安排的活动较少，留出适当时间让学生做一些巩固练习题。

教师还可安排有关杠杆平衡条件的计算题。

第二节滑轮及其应用

学习目标

1．能识别生活中常见的定滑轮、动滑轮、滑轮组。

2．通过实验探究，理解定滑轮、动滑轮、滑轮组的作用和实质。

3．能根据要求选择滑轮或组装滑轮组，学会利用它们解决一些简单的实际问题。

课前准备

1．收集信息

找出生活中常用的滑轮，有关滑轮的图片、使用滑轮的实况录像（如升国旗、起重机提升重物等），与其他同学互相交流。

2．预习记录

通过预习课文，你学会了什么，有哪些疑问，请简要记录下来：

合作探究

一、定滑轮和动滑轮

活动1：

组装滑轮，提升重物

1．用铁架台、滑轮（一个）、细线（一根）、钩码组装滑轮，利用你组装的滑轮将钩码提升一定的高度，你能想出几种组装方法？

2．各组之间交流组装方法，并讨论各种组装方法有哪些异同点？

填一填

⑴使用滑轮时，滑轮的轴固定不动的叫做      。

⑵使用滑轮时，轴随物体一起运动的滑轮叫做    。

活动2：

定滑轮的作用和实质

1．用弹簧测力计测量使用定滑轮拉起重物（钩码）的拉力，改变拉力的方向多次测量，并记下每次拉力的大小，比较拉力的大小与物重有什么关系？

2．比较定滑轮和等臂杠杆，它们有哪些相同和不同之处？

填一填

请画出图（b）、（c）中的两个力臂，由图可知，定滑轮实质上相当于一个     杠杆，因此拉力和物体重力的关系是：

               ，即使用定滑轮不能省力，但可以。

活动3：

动滑轮的作用和实质

1．先猜想使用动滑轮提起重物（钩码）时拉力的大小，然后用弹簧测力计进行测量，比较拉力的大小与物重有什么关系？

2．动滑轮的实质是什么？

与其他同学相互交流你们的观点。

填一填

请在图2中画出动滑轮的动力臂和阻力臂，由图可知，动滑轮实质上相当于一个     杠杆，因此拉力和物重的关系是：

          。

即使用动滑轮可以。

思考：

使用定滑轮和动滑轮各有什么优点和不足？

二、滑轮组

活动4：

组装滑轮组并探究滑轮组的省力情况

1．把一个定滑轮和一个动滑轮组合成滑轮组，动手做一做，并画出你所组装的滑轮组，你还能设计其他的组合方式吗？

2．按照课本图9-17（a）所示的方式进行探究，把提起重物使用的拉力与物重相比较，再数一数承担物重的绳子有几股，你能发现什么？

填一填

⑴和组合在一起叫做滑轮组。

使用滑轮组时，滑轮组用几股绳子吊着物体，拉力就是物重的。

⑵根据图3中的省力要求，画出滑轮组的绕法。

（不计摩擦和滑轮重）

图3

思考：

由动滑轮的实质可知：

拉力等于物重的二分之一，通过测量发现，拉力却大于物重的二分之一，请你分析其中的原因。

滑轮组是否也存在类似的问题？

说明

先让同学们动手实验，建立一定的实验基础，以便于由具体的滑轮抽象出杠杆的实质。

此活动不给学生提供弹簧测力计。

通过比较定滑轮和等臂杠杆，理解定滑轮的实质。

此活动时发给学生弹簧测力计。

理解动滑轮的实质。

活动2和活动3可放在一起测量，比较得出结论后，再分析其实质。

先动手组装，根据实物画图分析，由具体到抽象、深入浅出。

为研究机械效率埋下伏笔。

第三节做功了吗

学习目标

1．结合实例理解机械功的概念，会判断各种事例中物体是否做功。

2．通过归纳生活中大量做功实例，认识做功的两个必要因素。

3．会用功的公式进行简单计算。

课前准备

1．复习回忆

若不计弹簧测力计所受重力、绳重、机械重及各种摩擦，如图1所示，用弹簧测力计将物重为G的物体匀速提升一段距离h，则拉力大小为F=G，拉力的作用点移动的距离为s=h；如图2所示，

若使用图中的杠杆，已知OA=2OB，则拉力大小为F1=,拉力的作用点移动的距离为s1=；

若使用定动滑轮，则拉力大小为F2=,拉力的作用点移动的距离为s2=；

若使用动滑轮，则拉力大小为F3=,拉力的作用点移动的距离为s3=；

若使用图中的滑轮组，则拉力大小为F4=,拉力的作用点移动的距离为s4=。

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图2

2．预习记录

通过预习课文，你学会了什么，有哪些疑问，请简要记录下来：

合作探究

一、机械功

活动1：

（1）分析“课前准备”中“回忆复习”的内容，在各种提升物体的方法中，拉力与上升距离的乘积有何特点？

（2）阅读课文第164页“机械功”部分的内容，理解物理学中给力和物体在力的方向上移动距离的乘积赋予了什么物理意义。

填一填

物理学中把和物体在力的方向上的乘积叫做机械功，简称。

二、怎样才算做功

活动2：

根据课本第164页图9-22（a）和（b）两个做功的实例和（c）没有做功的实例分析下列问题。

1．归纳一个物体对另一个物体做功必须具备什么条件？

２．根据做功的两个必要因素，列举生活中一个物体对另一个物体做功的实例，并与其他同学交流。

３．分析下列实例是否做功，并说明你判断的依据。

（1）人搬石头，但没有搬动

（2）人在平直路面上将油桶推到仓库里

（3）举重运动员把杠铃举在空中，停留了5秒钟

（4）冰块在光滑的冰面上匀速滑动

填一填

做功的两个必要因素：

（１）；（２）　　　　　　。

三、怎样计算功

活动3：

看书自学课本第165页，完成下面内容：

1．估算一下，用手匀速托起4个鸡蛋升高1米，手对鸡蛋做的功大约是多少？

把你的物理课本从地上捡起来，放在课桌上，你做的功大约是多少？

2．在平地上，小明用50N的水平推力推动重100N的箱子，前进了10m，小明做了多少功？

如果把这个箱子匀速举高1m，他做了多少功？

3．你认为计算功的多少时，需要注意哪些问题？

填一填

物理学中规定，功等于       跟                      的乘积，即功＝         ，用公式表示W＝        。

其中W表示     ，单位是    ；F表示    ，单位是    ；s表示    ，单位是    。

说明

通过归纳得出Fs=Gh，使学生意识到力和物体在力的方向上移动距离的乘积有一定的物理意义，从而引出功。

师生、生生相互交流，共同归纳出做功的必要因素，教师可在此基础上列举不做功的情况，让学生分析。

计算做功的多少时要注意：

力必须是做功的力；距离必须是在力的方向上移动的距离。

第四节做功的快慢

学习目标

1．经历建立功率概念的过程，明确功率的含义——表示做功的快慢。

2．知道功率的定义、公式、单位，了解常见动物和交通工具的功率。

3．通过对比功率和速度概念的建立过程，了解比值定义物理量的方法。

4．会进行有关功率的简单计算。

课前准备

1．复习回忆

复习回顾“第三章第三节快与慢”中速度的定义、公式及单位（简要记在下面）。

2．家庭实验

请与同学或家人合作，测量你上楼时的有关数据，填入下表中，以供课堂讨论和计算用。

（请勿一味求快，务必确保安全）

你的质量m/kg

上楼的高度h/m

所用的时间t/s

3．预习记录

通过预习课文，你学会了什么，有哪些疑问，请简要记录下来：

合作探究

一、怎样比较做功的快慢

活动1：

仔细观察教材第167页图9-26和图9-27，思考讨论：

图9-26的两幅图中，谁做功快？

图9-27的两幅图中，谁做功快？

与同学相互交流你们的判断方法。

填一填

要比较做功的快慢，可以采用的方法有：

⑴；

⑵。

思考：

要比较做功的快慢，需要考虑哪些因素？

如果做功的多少和所用的时间都不相同，怎样比较做功的快慢？

二、功率与测算功率的方法

活动2：

阅读教材第168页上半页内容。

填一填

要比较做功的快慢，可以采用的方法有：

⑴功率的定义：

。

⑵功率的公式：

。

⑶功率的单位：

。

思考1：

教材对功率的定义采用的是上面比较做功快慢的方法中的哪一种？

思考2：

功率概念的引入方法和速度概念的引入方法是类似的，你还知道哪些采用这种方法来引入的物理量？

比较这些物理量的引入过程，你能发现哪些相同之处？

活动3：

阅读教材第168页下半页表格中一些动物和交通工具的功率，回答下列问题：

1．明确这些功率所表示的含义。

例如马拉车长时间的功率为450W，表示马每秒做功J。

2．你还知道哪些动物和机器的功率，写出来，并与同学和老师交流。

活动4：

利用课前测得的有关上楼的数据，计算自己上楼时的功率。

然后与其他同学交流，思考下面的问题：

谁做的功最多？

谁的功率最大？

两者是否一致，为什么？

说明

许多物理量都是采用“比值定义法”定义的，引导学生进行归纳比较，可以使学生深入领会这种定义方法，有助于学生进一步学习其他采用比值定义法定义的物理量，取得事半功倍的效果。

新|课|标|第|一|网

对功率单位瓦特形成感性认识以及估计常见事物的功率，对学生来说是个难点，教师应引导学生多观察、多列举，帮助学生形成感性认识。

与课前实验相呼应，让学生体验到利用物理知识可以解决生活实际问题，激发学生的学习兴趣，养成通过联系实际学习物理的习惯。

第五节机械效率

学习目标

1．知道有用功、额外功和总功的含义，以及它们之间的联系，能在实例中区分有用功、额外功和总功。

2．理解机械效率，会用机械效率的公式进行简单的计算；经历测算滑轮组机械效率的过程，学习测算简单机械效率的方法。

3．知道任何机械效率总小于1，知道提高机械效率的方法，认识提高机械效率的意义，增强节能意识，提高对科学发展观的认识。

课前准备

1．复习回忆

在图1甲、乙、丙中，若不计机械重、绳重及摩擦，F1=、F2=、F3=。

如果参照图甲、乙、丙进行实验，你认为F1、F2、F3与物重的大小关系可能会怎样？

2．预习记录

通过预习课文，你学会了什么，有哪些疑问，请简要记录下来：

合作探究

一、什么是机械效率

活动1：

参照“复习回忆”中的图甲、乙、丙进行实验，思考讨论下面的问题：

1．施加在绳子末端的拉力对哪些物体做了功？

2．哪些功对我们是有用的？

3．哪些功对我们是无用但又不得不做的功？

4．这些功的大小有什么关系？

填一填

（1）对人们的功做的功叫做有用功，用W有用表示。

对我们无用但又的功叫做额外功，用表示。

所做的功叫做总功，用W总表示。

（2）机械效率的定义：

跟的比值。

用η表示。

机械效率的数值常用表示。

（3）机械效率的公式：

η=。

（3）

（4）

二、机械效率总是一定的吗？

活动2：

测算滑轮组的机械效率

测出如图2所示的甲、乙、丙三个滑轮组的机械效率，并将测量数据记录在课本第171页的表格中（在原表格下再增加一行）。

讨论：

1．测算滑轮组机械效率的理论依据（即原理）是什么？

2．根据测算原理，实验需要测量哪些物理量？

这些物理量如何测量？

3．只测重物移动的距离或绳子自由端移动的距离，能不能测算滑轮组的机械效率？

重物移动的距离和绳子自由端移动的距离都不测出，能不能测算滑轮组的机械效率？

4．比较甲、乙、丙三个滑轮组的机械效率，你有什么发现？

填一填

同一滑轮组的机械效率不是，提升的重物越重，滑轮组的机械效率越高。

使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的，滑轮组的机械效率越高。

思考：

通过以上实验，你认为影响滑轮组机械效率高低的因素有哪些？

如何提高滑轮组的机械效率？

说明

通过学生思考、讨论既能弄清有用功、额外功和总功的含义，又能把有用功、额外功和总功区分开来。

通过学生对额外功多少的讨论，意识到我们做功时额外功越少越好，也就是有用功在总功中所占的比例越大越好，从而归纳出机械效率的定义和公式。

通过实验，既让学生学会测滑轮组机械效率的方法，又能使他们认识到机械的机械效率不是不变的。

第六节合理利用机械能

学习目标

1．知道什么是动能、重力势能、弹性势能、机械能。

2．知道动能、重力势能、弹性势能的大小跟哪些因素有关，经历探究动能和重力势能的大小跟哪些因素有关的过程，学习运用控制变量研究问题的方法，培养严谨的科学态度。

3．知道动能、重力势能、弹性势能可以相互转化，并能解释自然界中机械能相互转化的现象，认识到自然界中的事物都不是孤立的，是相互联系的。

学时安排

本节用2学时，第一学时认识动能、重力势能、弹性势能，探究影响动能的因素；第二学时探究影响重力势能的因素，学习动能和势能的相互转化。

第一学时

课前准备

1．自带物品

1号干电池一节、2号干电池一节、木块（或泡沫块）、橡皮、硬纸板等。

2．预习记录

通过预习课文，你学会了什么，有哪些疑问，请简要记录下来：

合作探究

一、动能和势能

活动1：

列举生活中能够做功的物体。

填一填

如果一个物体做功，我们就说这个物体具有能量。

物体做功的过程就是的过程，物体做的功越多，说明某种能转化为的能越多。

国际单位制中，功的基本单位是焦（J），能的单位也是。

活动2：

思考、讨论下列问题：

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1．射出的箭、运动的球、流动的水、流动的空气等物体都能够做功，它们有什么共同点？

2．悬吊的电扇、起重机吊起的重物、被举起的杠铃等物体都能够做功，它们有什么共同点？

3．张开的弓、变形的撑杆、蹦极时张紧的橡皮绳等物体都能够做功，它们有什么共同点？

填一填

（1）动能：

物体由于具有的能量。

（2）势能：

物体由于或发生具有的能量叫势能，前者叫做重力势能，后者叫做。

（3）动能和势能统称能。

活动3：

探究动能的大小与哪些因素有关。

1．运动着的不同物体具有的动能大小一样吗？

你认为动能的大小可能跟哪些因素有关？

根据上面的活动和你的生活经验，提出你的猜想。

2．讨论：

①要研究动能的大小跟质量是否有关，应保持不变，改变，比较；②要研究动能的大小跟速度是否有关，应保持不变，改变，比较。

3．根据以上设计思路，自选器材，设计实验。

提供的器材有：

Ａ．1号干电池　Ｂ．2号干电池　Ｃ．木块（或泡沫块）　

Ｄ．橡皮　Ｅ．硬纸板　Ｆ．大钢球　Ｇ．小钢球

Ｈ．斜面

所选器材是

思考：

所选器材在实验中各起什么作用？

动能的大小如何显示？

4．按照自己的设计方案进行实验。

5．通过实验，可以得到什么结论？

填一填

①质量相同时，速度的物体具有的动能；

②速度相同时，质量的物体具有的动能；

③物体的动能与物体的和有关，越大，越大，物体具有的动能就越大。

说明

通过师生的双边活动引出能量的概念。

通过比较、归纳得出动能、重力势能、弹性势能、机械能的概念，培养归纳概括能力。

讨论时，尽量让学生说出自己的方案，同学之间相互修正，让学生充分参与到活动中。

通过讨论，学习利用控制变量法制定计划和实验方案。

第二学时

课前准备

1．复习回忆

回顾上节课所学的内容，请把上节课所学的知识要点简要记录下来。

2．家庭实验

自制小方桌：

取一块方形的薄木板，用锤子轻轻地在木板的四角钉四根相同的钉子（为防止木板劈裂，事先可以先用锥子在四个角锥四个小孔），小方桌就制成了，带到课堂备用。

3．自带物品

课前请带来下列物品：

小石块、较大的石块、自制的小方桌、纸盒、沙子、海绵块、细线、螺母等物体。

4．预习记录

通过预习课文，你学会了什么，有哪些疑问，请简要记录下来。

合作探究

活动4：

探究重力势能的大小与哪些因素有关。

1．被举高的不同物体具有的重力势能大小一样吗？

你认为重力势能的大小可能跟哪些因素有关？

根据你已有的知识和生活经验，提出你的猜想。

2．讨论：

①要研究重力势能的大小跟质量是否有关，应保持不变，改变，比较；②要研究重力势能的大小跟高度是否有关，应保持不变，改变，比较。

3．根据以上设计思路，自选器材，设计实验。

提供的器材有：

Ａ．小石块　Ｂ．较大的石块　Ｃ．自制的小方桌

Ｄ．纸盒　Ｅ．沙子　Ｆ．海绵块　Ｇ．钩码

所选器材是

思考：

所选器材在实验中各起什么作用？

重力势能的大小如何显示？

4．按照自己的设计方案进行实验。

5．通过实验，可以得到什么结论？

填一填

（1）质量相同时，高度的物体具有的重力势能；

（2）高度相同时，质量的物体具有的重力势能；

（3）物体的重力势能与物体的和有关，越大，越大，物体具有的重力势能就越大。

活动5：

弹性势能的大小跟哪些因素有关？

设计什么实验可以证明你的猜想？

生活中有哪些事实或现象也能证明你的猜想？

二、动能和势能的相互转化

活动6：

单摆实验：

用细线拴住螺母制成一个单摆，将螺母拉到一定的高度释放，仔细观察小球的摆动情况。

滚摆实验：

将悬吊滚摆的绳子缠绕在滚摆上，放开手。

仔细观察滚摆的上下运动情况。

1．比较螺母在最高点和最低点的势能和动能的情况：

当螺母从最高点向最低点运动的过程中，动能和势能是如何变化的？

当螺母从最低点向最高点运动的过程中，动能和势能又是如何变化的？

2．以上实验能说明什么？

活动7：

分析蹦床运动员在蹦床比赛中能量的转化。

填一填

物体具有的动能和势能是可以的。

思考：

为什么滚摆每次上升的高度一次比一次低？

说明

有了上节课的探究做基础，本探究完全放手给学生，让他们自主探究完成整个探究过程。

单摆实验取材容易，一定让学生亲自做，为学习机械能的相互转化打下坚实的基础。

滚摆实验可由教师或学生演示，但要让学生自主分析。

教师搜索何文娜在北京奥运会的比赛录像或蹦极等类似的事例，让学生分析讨论能量的转化情况。