第十二章《简单机械》教材分析

1/7第十二章简单机械教材分析一、新旧教材对比本章是在新教材的“第七章力”、“第八章运动和力”、“第十一章功和机械能”等力学重要知识的基础上，进一步学习简单机械及机械效率的相关知识。新教材将原有“第十三章力和机械”中的“第四节杠杆”、“第五节其他简单机械”和“第十五章功和机械能”中的“第二节机械效率”整合为“第十二章简单机械”。这样的编排顺序，使学生在学习完了简单机械后紧接着就进一步认识机械效率，更利于机械效率和简单机械知识的有效衔接，可以避免在后续机械效率的学习时要先对前面所学的简单机械知识做必要的回顾，有利于知识的系统化，减少不必要的重复劳动和课时浪费。同时学生在学习了力、功和能相关知识的基础上，有了更多的知识储备，更容易认识杠杆和滑轮等简单机械，并了解提高机械效率的具体途径和实际意义。二、课程标准要求：（一）2011版课程标准要求：1、知道简单机械。通过实验，探究并了解杠杆的平衡条件。2、知道机械效率。了解提高机械效率的途径和意义。3、了解人类使用机械的历程。了解机械的使用对社会发展的作用。（二）2001版课程标准要求：1、通过实验探究，学会使用简单机械改变力的大小和方向。2、理解机械效率。3、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。（三）对比分析1、将“通过实验探究，学会使用简单机械改变力的大小和方向”改为“知道简单机械。通过实验，探究并了解杠杆的平衡条件”。细化科学内容，明确教学要求，同时规范表述，增强可评价性。2、“理解机械效率”调整为“知道”,可以避免在机械效率的问题上进行更多的转化，降低了教学要求的层次，从而减轻了学生的课业负担。2/73、增加“了解提高机械效率的途径和意义”。目的在于强化物理知识跟生产、生活的联系，更加关注知识的实践应用。三、本章地位和作用本章第一节杠杆在生活和生产中有着广泛的应用，学好这部分知识具有重要的实际意义。杠杆是一种重要的简单机械，也是学习滑轮、轮轴等其他一些简单机械的基础。第二节滑轮的知识具有承上启下的作用：滑轮是继上一节“杠杆”之后学生学习的又一种重要的简单机械，滑轮实质上是杠杆的变形，可以通过杠杆平衡条件来分析，同时滑轮也是后面学习机械效率的基础。第三节机械效率是对前面滑轮知识的综合、扩展和运用。这一部分的内容体现了物理知识最终要服务于生产和生活的理念。所以本节课无论从课标要求，还是学生自身发展要求上看都处在一个比较重要的地位。四、编写意图和特点1、紧密联系日常生活。本章所选取的内容注重从与日常生活关系最密切的实例入手，让学生感受到物理知识就在我们身边。例如，在杠杆一节教材选用的“赛艇的浆”、“各种剪刀”、“指甲刀”、“钳子”、“自行车的车闸”、“独轮车”等。在滑轮一节“旗杆顶的定滑轮”、“自来水龙头”、“门把手”、“自行车脚踏板”、“自行车把手”等。大量的这类生活现象，由于跟学生的生活联系密切。能很容易引起学生的共鸣，激发学生的学习兴趣，从而引导他们思考这些现象背后的物理知识。在思考、分析这些现象的过程中，学生既能学到物理知识，也能够经历科学研究的分析过程，认识到在不同的现象中会蕴含着相同的物理规律的认识体验。2、利用图片生动直观地提供信息。本章图片较多，蕴藏丰富的信息，恰到好处地分布在教材的不同位置，起着各自不同的作用。位于节首的图片，如图P76页的搬动木料的场景、P81页的漫画等，能够激发学习兴趣，启迪思维，对每节课的学习活动起着启动和引领作用；穿插在教材中的图片，如图12.1-3中的称象图片、12.1-4中的赛艇的浆、12.1-8中的独轮车、12.2-2中的旗杆顶的定滑轮和起重机上的动滑轮、12.2—5中的各种轮轴、12.2-6中的盘山公路等，能够给学生提供足够的感性认识；在探究实验中的图片，如图12.1-2中探究杠杆的平衡条件、12.2-3中研究定滑轮和动滑轮的特点、12.3-1是用动滑轮是否省功、12.3-23/7测量滑轮组的机械效率等，对于实验的设计和操作具有很强的启发和提示作用。同时，这些图片除了传递与科学内容密切相关信息外，往往还含有其他信息，如展示生活中的物理、科学、技术、社会等，同样对学生起着潜移默化的教育作用，有利于实现情感、态度、价值观的教学目标。另外教材中的图片比以往的要更大更清晰，利于学生观察。3、新教材将一些结论具体的呈现出来，减去了学生要在教材上再填写该内容的麻烦。比如：79页三种类型杠杆的名称、83页定滑轮和动滑轮的工作特点、83页使用滑轮组时提起物体的力与绳子段数的关系。4、将“探究斜面的机械效率”的实验改为“测量滑轮组的机械效率”。在以往的教学中，学生在学习过机械效率后，往往对哪些因素影响滑轮组的机械效率总是感到比较困惑，尽管可以通过公式的推导给学生一定的认识，但还是会比较困难。而通过实验就会给学生充分的感性认识，利于学生接受。但该实验在操作过程中又需要解决另一方面的难题：绳子自由端移动的距离和物体上升的高度不易测量。5、将机械效率和功的原理的内容有机整合。新教材不再明确提出功的原理的内容，而是在机械效率引入的过程中自然的渗透了该内容，其用意是降低难度，但还要给学生一定的感性认识，使学生能体会出人类发明和研究各种机械的意义。五、本章的教学目标、重难点、教学建议第一节杠杆1、教学目标：认识杠杆；认识有关杠杆的几个概念；能从常见工具和简单机器中识别出杠杆；知道杠杆的平衡条件及杠杆的应用；经历绘制杠杆示意图的过程，体会科学抽象的方法；经历探究杠杆平衡条件的过程。2、教学重难点本节教学重点：杠杆平衡条件是人们分析、计算杠杆问题的理论依据，也是研究其他各种简单机械的基础，所以经历探究杠杆平衡条件的过程并运用它分析有关问题是本节的重点。本节教学难点：很多学生尽管能正确说出力臂的定义，但遇到实际问题时仍把支点到动力或阻力作用点的距离作为力臂，所以力臂的概念及其画法是本节的难4/7点。3、难点形成的原因分析：第一，从教材的编排上看，课本从寻找各种类型杠杆的共同点得出杠杆的定义，引出杠杆的五个名词，再进入到怎样找力臂，这样虽然简洁，但不明了，特别是力臂，书本没有说明为什么要这样定义力臂，但要求学生会画出各种杠杆中的力臂，而力臂又不一定在杠杆上，这样的编排过程，缺少了必要的解释和说明，给学生正确作图带来了困难。第二，从学生现有的知识水平和能力水平来看，初二学生的几何作图虽有一定的基础。但是，应用到物理学上还有一段距离；其次要作好图，还必须要求学生对以前所学的“力的三要素”作图及“物体受力分析”有较好的掌握。由于学生缺乏一定的生活经验和生产经验，综合概括能力较差，所以很难从日常工具中抽象出杠杆模型，更难画出一些变形的杠杆的示意图。学生对支点理解具有局限性，不少学生误以为支点是固定不动的一点，遇到运动的物体如动滑轮这一特殊杠杆时，如何确定支点就难了，部分学生受思维定势的影响，误以为动力和阻力的方向总是相反的。有的同学在具体画力臂时，常把支点到力的作用点之间的距离错误地当成力臂，遇到较“复杂”的问题时感到无从下手，学生往往很难全面照应，要正确地作好杠杆的示意图，要求学生要有较好的分析与综合，抽象与概括的能力。4、突破难点的几个环节我们要面向多数学生的实际，符合中等学生的认知水平，适合一般思维的发展状况，贯彻因材施教原则，使学生的品德和心理得到同步和谐的发展，教师必须精心设计教学程序，通过下面几个环节进行教学：第一，通过书本内容的教学，抽象概括出杠杆的物理概念，总结归纳杠杆的共同特性；第二，增强实验教学，教师使用基本的实验仪器及多媒体课件等，培养学生进行观察和实验、总结实验结果的能力；第三，通过练习教学，注意培养分析物理条件，抽象出杠杆的理想模型解决问题的基本方法；第四，通过复习教学，注意引导学生做好总结，整理知识，归纳研究物理方法。5、解决教学难点的思路设计第一、杠杆的五要素5/7教师提问：如何用一根硬棒撬起一块很重的石块？学生讨论后，教师总结并结合多媒体课件让学生观察了解一些常见的简单机械，指明其中一类为杠杆，教师及时引导学生得出它们的共同特点，即杠杆的定义：一根在力的作用下绕某一固定点转动的硬棒叫做杠杆。从定义中得出：杠杆有一固定点叫支点；杠杆上有力，分别为动力（按人们需要方向转动的力）和阻力（阻碍杠杆按需要方向转动的力）。在“杠杆”定义中“硬棒”一词，使不少学生总以为只有直的有规则的棒是杠杆，因而，教师在讲解撬棒的基础上，对撬棒进行变形，如演示：将直棒变成弯曲的棒，或变成不规则的木板，都可经以起到撬棒的作用，让学生认识到杠杆不一定是直棒，也可以是“曲棒”或“曲体”，再进一步演变到常用工具，举例并出示：剪刀、羊角锤、板手、起子等，让学生仔细观察实物，由具体事物抽象出杠杆模型，让学生从感性到理性接受它，顺利地辨析杠杆。引入力臂时，可进行如图所示的演示，在同一点用弹簧测力计拉杠杆，使之在水平位置静止，则沿不同方向力的大小不同，为了描述这一特性，引入力臂的概念，使学生明了：力臂的引入是为了解决问题的需要。第二、画出力臂。学生常把支点到力的作用点之间的距离，即点到点的距离错误地当成力臂。为了克服这一难点，首先要让学生理解力臂的概念；其次通过具体实例分析，如图示画力F1的力臂时，不能把OA当作F1的力臂，而是点O到F1的作用线的距离。因而画力臂先要画力的作用线，简单通俗讲就是将“力”进行正向或反向“延长”，延长线用虚线，结合数学上的点到直线的距离，利用直角三角板上的直角作出支点到力的作用垂直距离，画好垂足，垂足要落在力的作用线上，支点O与垂足间的这一线段用大括号括起来就是力臂。教师板演，用不同颜色的粉笔分别作出力F1及F2的力臂L1和L1。按这样的作法就不难作出力臂。第二节滑轮1、教学目标：认识定滑轮和动滑轮；知道定滑轮、动滑轮、滑轮组的作用；会根6/7据要求使用和组装滑轮组；了解其他简单机械的一些使用。2、教学重难点本节教学重点：定滑轮、动滑轮和滑轮组在生活、生产中有着广泛的应用，又是进一步机械效率等知识的基础，所以探究定滑轮、动滑轮和滑轮组的作用是本节的重点。本节教学难点：把滑轮看作是变形的杠杆，对学生来说比较抽象，尤其是确定动滑轮的支点，学生不容易想象；根据滑轮组的组装情况，判断绳子的股数，学生容易把握不准。所以滑轮的实质（尤其是动滑轮）和判定滑轮组的省力情况是本节的难点。3、教学建议本节课实验器材比较简单，知识的难度也不大，教师一定要让学生亲身实践，让他们通过实验探究，从中发现规律，老师当好组织者、引导者。动滑轮的支点在分析时学生易出错，可设法化解，如：推圆轮（圆柱）上台阶，找出圆轮绕着转动的点不在圆心而在轮边缘。如何判断绳子的段数？例如图1所示的滑轮组。为了使学生容易理解用一条横线将定滑轮与动滑轮分开，并将横线上方的定滑轮那部分全部遮盖，如图2所示（我把图2称为图1的等效图）。这样就很容易看出图1甲所示的滑轮组承重绳子为4段，那么，提起物体所用的力就是物重的1/4。图1乙滑轮组为5段，提起物体所用的力就是物重的1/5。若配合实验并运用物体平衡条件加以分析，能使学生更好地掌握。从以上分析得：滑轮组中承重绳子的段数，就是跟动滑轮（包括动滑轮框）直接接触的绳子段数。7/7第三节机械效率1、教学目标：了解什么是有用功、额外功和总功；知道什么是机械效率；通过实验探究影响滑轮组机械效率的因素；2、教学重难点教学重点：认识有用功、额外功和总功；知道解机械效率的概念。教学难点：通过实验，分析影响滑轮组机械效率的因素。3、教学建议（一）对机械效率的认识导出机械效率概念后，让学生计算起重机的机械效率，通过分析使学生明确：机械效率越大，说明有用功在总功中所占比例越大，这正为我们所需，在此基础上可进一步讨论机械效率总小于1的道理，并启发进一步思考：滑轮组的机械效率可能与哪些因素有关？（二）关于测量滑轮组机械效率的实验实验前要明确的注意点：1）弹簧测力计应匀速缓缓向上拉2）如何正确测出钩码上升高度h和手移动距离S？教师应作适当指导：一把尺较难同时测出S和h，可只测h，再利用S=3h的关系求出S的数值从实验数据中分析介绍有用功、额外功、总功概念时，学