《人和機械》教學(xué)設(shè)計【教學(xué)目標(biāo)】知識和技能1．鞏固機械功的原理；2．能熟練計算機械效率，并知道其代表的物理意義；3．理解功率和機械效率是從不同方面反映機械性能的兩個物理量，它們之間無必然的聯(lián)系；4．了解現(xiàn)代機械的發(fā)展水平。過程和方法注意初中舊知識的擴展、遷移。通過舉例和分析來解決重點，突破難點。理解功率和機械效率的不同物理意義。情感態(tài)度與價值觀1．通過對機械效率的學(xué)習(xí)，領(lǐng)悟到不論什么情況下提高機械效率都是十分重要的，它不僅有很高的經(jīng)濟價值，還能提高人們的效率意識，而講究效率正是現(xiàn)代人必須具備的基本素質(zhì)之一。2．樹立崇高的理想，大膽地發(fā)明、創(chuàng)造，以不斷改造人類自己的生存條件，最終達(dá)到人與自然的和諧發(fā)展?！窘虒W(xué)重點】1．能熟練計算機械效率，并知道其代表的物理意義；2．理解功率和機械效率是從不同方面反映機械性能的兩個物理量，它們之間無必然的聯(lián)系?！窘虒W(xué)難點】1．理解功率和機械效率是從不同方面反映機械性能的兩個物理量，它們之間無必然的聯(lián)系；2．辨證認(rèn)識智能化機械使用的利與弊。【教學(xué)時數(shù)】1課時【教學(xué)器材】投影儀、投影片、視頻資料、自行車、小型機器人模型等簡單機械。【教學(xué)過程】新課導(dǎo)入教師：前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了功率的概念，請同學(xué)們回顧一下引入功率這一概念的物理意義是什么？（引發(fā)學(xué)生思考，讓學(xué)生加深對功率的理解，為更好地了解機械效率與功率的異同服務(wù)。）預(yù)測學(xué)生的回答可能有：1、功率是描述做功快慢的物理量；2、功率大就意味著單位時間內(nèi)做的功就越多；3、……教師：機械是不是可以隨意地增大自己的功率呢？預(yù)測學(xué)生的回答可能有：1、不可以隨意地增大自己的功率，任何機械都有一個最大的輸出功率，即額定功率2、可以增大自己的功率，只要加大油門；3、可以增大自己的功率，只要換個發(fā)動機就行了；4、……（引發(fā)學(xué)生聯(lián)系實際地思考，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力，又能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師再加以指導(dǎo)，指明加大油門只能是實際功率未達(dá)到額定功率時可行，換功率更大的發(fā)動機在實際中不切實可行，除非另行安裝發(fā)動機備用，從而得出不可以隨意地增大自己功率的結(jié)論）新課推進一、功率與機械效率教師：功率的大小是衡量一個機械做功能力的重要物理量，功率越大說明該機械單位時間內(nèi)做的功就越多，那是不是功率越大的機械就越好呢？大家不妨思考這樣一個我們熟悉的例子：是不是學(xué)習(xí)時間越長的同學(xué)，學(xué)習(xí)成績就越好呢？事實是不一定的，為什么呢？除了要有時間保證，還要有科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，有較高的學(xué)習(xí)效率才可以。由此聯(lián)想到機械做功是否也有一個效率問題呢？（提出懸念，引發(fā)思考，讓學(xué)生在初中學(xué)習(xí)的機械效率基礎(chǔ)上，通過閱讀教材P16內(nèi)容，經(jīng)過思考、整理、歸納得出結(jié)論，實現(xiàn)初、高中物理知識的銜接和平穩(wěn)過渡。）1.機械效率的計算：η=（板書）教師：如何理解“機械效率”呢？請舉例說明有用功、額外功和總功。預(yù)測學(xué)生結(jié)合初中所學(xué)可能列舉的實例有：（1）利用滑輪組在豎直方向提高重物，克服重物的重力所做的功是有用功，即W有用=G物h；克服滑輪與其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力做功、克服動滑輪及繩子重力所做的功是額外功。（2）利用滑輪組在水平方向勻速移動物體，克服物體所受阻力做的功是有用功，即W有用=f阻s；克服滑輪與其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力做功是額外功。（3）利用滑輪組在斜面上移動重物，克服重物的重力所做的功是有用功，即W有用=G物h；克服滑輪與其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力做功、克服動滑輪及繩子重力所做的功是額外功。（4）……說明：對學(xué)生所舉的各種實例可能有問題或不完整，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生在交流中補充完善自己的認(rèn)識。教師：上述實例中，我們把重物提高到一定高度，或在水平、斜面上使重物移動一定的距離，就是我們使用簡單機械的目的，對使用機械是有利用價值的，所做的功是有用功；而滑輪組克服滑輪與其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力做功、提升重物過程中克服動滑輪及繩子重力所做的功等是額外功；作用在機械上的動力對機械做的功就是總功，即W總=F動s，或W總=W有用+W額外。教師：機械效率是不是總小于1？學(xué)生經(jīng)分析不難得出正確的答案：是的，因為W有用總是要小于W總。教師：引入機械效率的物理意義是什么？它和功率又有什么區(qū)別呢？（提出問題，引發(fā)思考和比較，讓學(xué)生通過閱讀教材P16～P17內(nèi)容，經(jīng)過思考、歸納、自主得出結(jié)論，體現(xiàn)新課程中提倡的自主性學(xué)習(xí)。）2.功率和機械效率的區(qū)別：功率是表示做功的快慢；機械效率是表示機械對總能量的利用率。它們之間沒有什么必然的聯(lián)系。（板書）教師：機械效率是表示機械做功或利用機械實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的有效程度的物理量，機械效率越高，有用功所占的比例就越多，額外功所占的比例就越少，同學(xué)們能否找到提高機械效率的例子呢？（讓學(xué)生列舉例子，并歸類總結(jié)）預(yù)測學(xué)生可能列舉的實例有：（1）在建筑工地上把一車水泥運到樓頂，采用吊車比工人用手搬運省時、省力，提高工作效率。（2）用水泵抽水比人工提水灌溉農(nóng)田省時、省力，提高工作效率。（3）乘自動扶梯或電梯上樓比直接走上樓更省時、更輕松。（4）……二、機械的使用1、機械使用的意義教師：我們生活中無處不在使用著機械，可以說人類已經(jīng)很難離開機械了，那么人類使用機械的目的是什么呢？預(yù)測學(xué)生的回答可能有：（1）可以代替人力做功（2）可以完成超越人力的工作（3）可以使人們的工作變得更輕松更有效率（4）……說明：讓學(xué)生通過思考自己身邊所熟悉的問題，認(rèn)識機械的使用和人們的生活息息相關(guān)，從而認(rèn)識到提高機械效率具有十分重要的意義，增強效率意識。2．學(xué)生進行交流活動教師：同學(xué)們能聯(lián)系實際說說使用機械的好處嗎？將學(xué)生分為若干小組，每組各找一個熟悉的機械為研究對象，并進行交流總結(jié)所研究的機械使用的妙處，最后每組選一個代表總結(jié)小組研究的成果。（激勵積極思考，尋找熟悉的機械使用例子，體驗合作交流學(xué)習(xí)方法的益處，拓寬各自的知識面，感受得出研究成果的喜悅，達(dá)到內(nèi)化知識，提升能力，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實際問題能力，促進學(xué)生各方面的發(fā)展，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。）3．知識拓展接著教師播放視頻介紹現(xiàn)代機械的發(fā)展，播放結(jié)束后進行總結(jié)：毫無疑問，智能化機械的使用給人類帶來了很多的便利，但如果不能合理地利用這些成就，也同樣會給人類帶來危害。你能想象嗎？在醫(yī)院的手術(shù)臺前，機器人在為病人做開顱手術(shù)；在遠(yuǎn)離地球的月球表面，機器人在代替人類采集月球標(biāo)本；在未來的戰(zhàn)場上，可能有一種體積宛如昆蟲的武器，竟能使一座城市的電力全部癱瘓……這些并非是科學(xué)幻想，而是正在或?qū)⒁蔀楝F(xiàn)實。機器人是人類創(chuàng)造的一種機器，也是人類創(chuàng)造的一個偉大奇跡，機器人的出現(xiàn)滿足了人類的一種幻想。這就是說，在某些方面，機器人具有超人的能力。那么，目前世界上機器人技術(shù)發(fā)展到了一個什么樣的水平，又在哪些領(lǐng)域得到應(yīng)用？在機器人時代向我們走來的同時，讓我們走進機器人，了解一下機器人的世界吧！被稱為人類生活和生產(chǎn)“最忠實的伴侶”的機器人，近幾年來取得飛速發(fā)展，引起世人的關(guān)注。經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，機器人已初步形成了一個近百萬人的“王國”，機器人發(fā)展迅速、種類繁多，國際上依據(jù)其技術(shù)特點和規(guī)模大小的不同，對它們進行了分類。1990年在工業(yè)機器人國際標(biāo)準(zhǔn)大會上把機器人分為四類：（1）順序型。很多固定作業(yè)的裝配機械手都屬于此類。（2）沿軌道作業(yè)型。這類機器人能執(zhí)行受控過程。（3）遠(yuǎn)距離作業(yè)型。這類機器人可接受遙控，對操作者的行為反應(yīng)可通過編程實現(xiàn)，應(yīng)用于核工業(yè)、真空、宇宙、海洋開發(fā)等應(yīng)用領(lǐng)域。（4）適應(yīng)型或者智能型。它們具有感知、適應(yīng)或?qū)W習(xí)功能。具體可分為工業(yè)機器人、農(nóng)業(yè)機器人、特種工作機器人、醫(yī)療機器人、體育機器人、講解機器人、服務(wù)機器人、戰(zhàn)場機器人、“小人國”機器人等等，其中“特種機器人”又可分為太空機器人、核工業(yè)機器人、深海機器人以及救災(zāi)機器人等。在這個機器人王國中，目前主要成員是工業(yè)機器人，它占總數(shù)的70﹪以上，全球正在工作的工業(yè)機器人共有74萬，我國有3000臺左右。這只新興工業(yè)大軍的形成，必將為人類的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作出突出貢獻(xiàn)。工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種自動化的生產(chǎn)線上，它是機器人家族中最重要的成員。最初主要是為了解決工業(yè)生產(chǎn)中的自動化問題，由機械手臂、控制裝置、機座、能源裝置和驅(qū)動裝置等幾部分構(gòu)成。工業(yè)機器人大部分在汽車制造、電子、機械等行業(yè)從事焊接、油漆、裝配、包裝、零件加工、搬運等專業(yè)性工作。機器人是人類創(chuàng)造的一種特殊機器，在生產(chǎn)和生活等方面，特別是在危險和極限環(huán)境作業(yè)中，有著廣泛的應(yīng)用前景。機器人正發(fā)展成為一個龐大的家族，代替人們從事各種各樣的工作?？傊悄軝C器人已經(jīng)發(fā)展到了非常驚人的地步，相信，不久的將來會有更多的機器人活動在我們的平常生活中。三、小結(jié)（多媒體展示）1.功率和機械效率是從兩個不同方面反映機械性能的兩個物理量，它們之間沒有必然的聯(lián)系，前者表示做功的快慢，后者表示機械對總能量的利用率。2.機械的使用給人類帶來了很多的便利，但如果不能合理地利用，也同樣會給人類帶來危害?？傊?，我們要不斷積極地去探索自然規(guī)律，并應(yīng)用這些規(guī)律大膽地發(fā)明和創(chuàng)造，不斷改善人類自己的生存，并最終達(dá)到和自然和諧發(fā)展?！景咐u析】本節(jié)課教學(xué)設(shè)計注重更多地和生活實際相聯(lián)系，讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)明確機械的使用就是為了代替人力做功，鼓勵學(xué)生認(rèn)真了解和認(rèn)識身邊的機械，而且在教學(xué)過程中介紹了各種各樣的機器人，調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和主動性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，教學(xué)設(shè)計注意體現(xiàn)物理學(xué)的價值，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際、解決實際問題能力，在教與學(xué)過程中促進學(xué)生科學(xué)的價值觀和世界觀形成。本設(shè)計從學(xué)生熟悉的實例出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生進一步的思考，發(fā)現(xiàn)問題，然后通過實例分析揭示問題的本質(zhì)；學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中充滿問題意識和創(chuàng)新意識，有效培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力和探究問題的能力。針對學(xué)生初學(xué)“機械效率”時，往往對概念陌生難懂，思維不通、前后矛盾，甚至與“功率”相混淆，教師利用身邊常見的現(xiàn)象，通過分析闡述，幫助學(xué)生理解機械效率的物理含義，認(rèn)識機械效率的高低是反映機械性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一，通過剖析