1、機械功的原理及機械效率（一）教材分析：有關(guān)“機械功的原理及機械效率”這一知識點，物理課程標準并沒有明確的要求，新教材（山東科技出版社出版）把它編入教材大概是出于這樣的考慮：其一，在物理課程標準（解讀）（由物理課程標準研制組編寫，湖北教育出版社出版）中這樣闡述“生活中有很多增大機械效率的例子，要求學(xué)生將機械效率的學(xué)習(xí)與生活、生產(chǎn)結(jié)合起來，關(guān)注生活和生產(chǎn)中常見機械效率的大小及意義”，要討論機械效率必須得了解功的原理。其二是在進入新課程改革之前，機械功的原理（簡稱功的原理）在義務(wù)教育初中學(xué)段教材中已明確給出，而在現(xiàn)行的課改實驗區(qū)教材中已不再明確提出功的原理，其用意是降低初中物理難度，初中物理學(xué)習(xí)仍然

2、以定性的認識為主，要求學(xué)生認識各種簡單的機械知道使用有些機械可以省力但費距離，使用有些機械費力但可以省距離，并能說出生活中哪些機械省力，哪些機械費力。高中要再進一步研究機械，就要完成從感性到理性的飛躍，能夠認識到使用任何機械都不省功功的原理，并能用功的原理解決一些實際問題。因此，不能認為這一部分知識是初中知識的重復(fù)而進行淡化處理或干脆不講，而應(yīng)在尊重學(xué)生已有知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，進一步加深和拓展對機械做功原理的認識和理解，從而更深刻地體會人類發(fā)明和研究利用各種機械的意義。（二）教學(xué)目標知識與技能目標（1）知道機械功的原理，懂得使用任何機械可以省力但不省功。（2）了解機械效率的含義，關(guān)注效率的實際應(yīng)

3、用。過程與方法目標（1）經(jīng)歷實驗探究機械功原理的過程，嘗試由幾種特殊機械做功特點總結(jié)出一般規(guī)律，體會物理學(xué)研究的科學(xué)方法（2）能認識研究機械做功效率的重要意義，并能通過合作交流等學(xué)習(xí)方式設(shè)計出研究“影響機械效率”的探究方案情感態(tài)度與價值觀目標（1）如實記錄實驗數(shù)據(jù)，具有尊重客觀規(guī)律、實事求是的精神。（2）通過交流一些常見機械的使用，體會人與機械的密切關(guān)系。（3）關(guān)注機械方向的科技成就和發(fā)展趨勢，具有可持續(xù)發(fā)展的意識和社會責任感。(三)教學(xué)重點和難點通過實驗探究得出機械功的原理并且能夠理解機械功原理的兩層含義是本次課的重點。難點是有關(guān)機械效率的討論和實驗探究設(shè)計。1234下一頁 （四）教學(xué)過程1

4、.問題的提出師：通過初中階段的物理學(xué)習(xí)我們就已經(jīng)認識到有的機械使用起來可以省力，有的機械使用起來可以省位移，同學(xué)們可以列舉一些身邊的實例嗎？生：帶滑輪的吊車、桿秤、開瓶器、盤山公路等。學(xué)生回顧初中所學(xué)內(nèi)容并結(jié)合生活經(jīng)驗列舉許多實例。此環(huán)節(jié)用意在于引導(dǎo)學(xué)生進入研究機械的情境。師：那么，有既省力、又省位移的機械嗎？即使用機械能省功嗎？下面我們就通過實驗來探究這個問題。教師緊接著提出研究課題，并板書課題：機械功的原理及機械效率。2.明確任務(wù)，制定計劃探究機械做功的原理師：（1）你們準備探究哪種機械做功的原理？（2）實驗探究過程中需要測量的物理量有哪些？你們準備用什么儀器測量？（3）需要記錄哪些數(shù)據(jù)，

5、你們準備如何處理數(shù)據(jù)？（4）你們的探究是在什么條件下進行的，要考慮哪些因素的影響？（5）實驗探究過程中應(yīng)注意什么問題。下面用2分鐘時間進行小組討論，討論過后制訂切實可行的實驗方案。新課程理念要求課堂教學(xué)要體現(xiàn)選擇性，這一思想同樣要滲透到實驗探究教學(xué)過程中，物理實驗探究絕不能是教師事先安排好的實驗驗證，這樣久而久之，學(xué)生就對未知的事物喪失了新奇感也就泯滅了求知欲。因此，在現(xiàn)有的實驗條件下，教師應(yīng)盡量創(chuàng)造機會讓學(xué)生自主選擇器材和方法，或彭勵他們自主構(gòu)建課程資源。新課程重視學(xué)生自主探究能力的培養(yǎng)，但絕不能是漫無目的探究，在其探究思路和方法還未形成時教師應(yīng)做好引導(dǎo)，通過環(huán)環(huán)相扣的問題引導(dǎo)學(xué)生制定出切實

6、可行的實驗方案，指導(dǎo)學(xué)生的探究朝預(yù)期的方向發(fā)展。生：（選擇不同的機械開始實驗探究）實驗小組1的實驗方案：如圖2所示：（1）用測力計將一件已知質(zhì)量的重物豎直勻速提高1m，記下人所做的功有多大。（2） 通過一對滑輪組將同一重物豎直勻速提高1m，記下人所用的力和繩子自由端的位移，算出這種情況下人所做的功。實驗小組2的實驗方案：如圖3所示：（1）用測力計測出物塊的重力，用刻度尺測出斜面高度h。（2）用測力計拉著同一物塊從斜面底端勻速上升到斜面頂端，記錄測力計的讀數(shù)，并測量斜面的長度。上一頁1234下一頁 3.匯報交流，分析討論師：通過實驗探究，你們是否已找到了問題的答案，下面開始分組匯報交流。實驗小組

7、1：我們通過多次測量和計算得出的結(jié)論是，使用滑輪可以省力，但并不省功，相反，使用了滑輪要比不使用滑輪直接提升物體要費功。即總功W總總大于有用功W有。實驗小組2：雖然我們和1組采用了不同的機械，但實驗結(jié)果卻是一樣的。即沿斜面拉動物塊所做的總功總大于有用功，我們的結(jié)論也是使用機械并不省功。師：雖然大家采用的機械不同，但得到的結(jié)論都相同，說明這一結(jié)論具有共性，它適用于任何機械。我們在物理學(xué)中把這一規(guī)律稱為“機械功的原理”，大家想一想，這一原理的內(nèi)容該怎樣敘述呢？生：使用任何機械都不省功。師：很好！他使用自己的語言描述了功的原理。那么，這里的不省功應(yīng)該怎樣理解呢？生：是費功的意思。從實驗數(shù)據(jù)分析可以看

8、出W總總大于有用功W有：師：噢，有道理。請同學(xué)們再想一想為什么我們使用機械總要費功呢？費在哪里？生甲（思而后答）：比如采用滑輪這種機械做功，我們在把物體提升的同時把滑輪也提了起來，對滑輪做的這一部分功是額外的，是我們不愿但又無法避免的。生乙（補充）:還有繩子自身有重力，繩子與滑輪間有摩擦也使得我們不得不做了一些額外功。生丙（受到了啟發(fā)）：在使用斜面時，同樣也不可避免地要克服物塊與斜面間的摩擦力做額外功。師：同學(xué)們的分析很到位，那么，能否設(shè)法減少額外功呢？生：能，盡可能地減輕滑輪自重，同時盡可能減小繩與滑輪間及物塊與斜面間的摩擦。師：很好，由此我們進行科學(xué)的推想，對理想機械則有總功等于有用功。大

9、家再回答老師剛才提出的問題，“不省功”的確切含義應(yīng)該是什么呢？生：應(yīng)該為兩層含義：對于實際機械：W總W有 ； 對于理想機械：W總W有 師：至此同學(xué)們對機械做功的原理認識已經(jīng)很全面了。動力對機械所做的功（又稱輸入功），也就是總功；機械克服阻力所做的功，既包括克服有用阻力所做的有用功（又稱輸出功，如克服被提物體所受的重力做的功），也包括克服額外阻力所做的額外功（又稱損失功，如克服機械自身所受重力和各種摩擦阻力做的功）機械功的原理的表達式為：W總=W動=W阻=W有W額外也可以寫成： W輸入=W輸出W損失師：請同學(xué)們用功的原理寫出圖4中情景所示的關(guān)系，請分實際機械和理想機械兩種情況討論。適時地將所學(xué)原

10、理應(yīng)用于具體的情景中，有助于學(xué)生深化對原理的理解。生： 若為理想機械則有： Fl=mgh 若為實際機械則有 Fl=mgh+wf上一頁1234下一頁 4拓展討論師：使用任何實際中的機械都要費功，而人類生產(chǎn)、生活又離不了機械，在機械的使用中過程中盡可能提高機械效率就顯得尤為重要。請同學(xué)們想一想，在你們剛才的實驗探究過程中，怎樣進一步提高機械的效率。請大家充分討論并進行猜想，影響滑輪組機械效率的因素可能有哪些？小組1：要想提高機械的效率，就要盡可能減少額外功。我們猜想滑輪組的效率可能與繞線方式（這影響著滑輪與繩子之間摩擦力做功的多少）、被提升物體的重力等因素有關(guān)。我們打算用兩種繞線方式來探究這個問題

11、。如圖5中的甲和乙所示:經(jīng)過實驗，他們得到了下表中的實驗數(shù)據(jù)。實驗序號繞線方式物重G/N升高h/m拉力F/N移動距離s/m有用功W有用/J總功W總/J機械效率1甲50.12.50.30.50.7566.7%2甲50.22.50.611.5 66.7%3甲100.14.10.311.2381.3%4乙50.13.60.20.50.7269.4%5乙100.260.422.483.3%師：很好，請你們分析實驗所得數(shù)據(jù)，綜合分析一下，滑輪組的效率與哪些因素有關(guān)。小組1：通過對實驗數(shù)據(jù)的處理分析，我們可以得出的結(jié)論是：被提升物體越重，承重繩子段數(shù)越少（摩擦越?。┗喗M的效率越高。5.評價與交流師：相信

12、其它組同學(xué)也有較好的實驗方案，請你們對1組設(shè)計的實驗方案進行評價。生：1組同學(xué)采用控制變量法來研究滑輪組的效率，使諸多影響因素一一呈現(xiàn)出來，這是值得借鑒之處，但遺憾的是，他們的探究中沒有體現(xiàn)機械效率與滑輪自重的關(guān)系。如果能再改變滑輪自重進行控制探索一下則更好。師：這位同學(xué)的評價很切中要害，滑輪組的自重確實是影響滑輪效率的一個重要因素，我們不再用實驗研究，大家能否從理論角度分析一下滑輪組自重與滑輪組效率之間的關(guān)系？生：這一關(guān)系是很顯然的，在其它條件相同的情況下，滑輪組越重，機械所做的額外功越多，其效率越低。師：人類發(fā)明和使用各種機械的目的，就是為了用它來代替人力做功，甚至完成超越人力的工作。機械

13、使人們的工作變得更輕松和更有效。今天，機械的發(fā)明和使用達到了前所未有的新高度。特別是應(yīng)用計算機等技術(shù)后，現(xiàn)代機械具有了越來越高的智能化水平。代表高科技水平的高智能機器人已經(jīng)越來越廣泛地進入生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域。請同學(xué)們課下到圖書館，或上網(wǎng)查詢相關(guān)資料，了解我國及世界各國智能機器人的發(fā)展和利用。2評析（1）本次課堂教學(xué)活動中，教師以學(xué)生已有的知識經(jīng)驗為基礎(chǔ)，注重學(xué)生自主獲取知識能力的培養(yǎng)，注重實驗技能的提高。如教師提出問題“使用機械能省功嗎”讓學(xué)生自行設(shè)計實驗方案去探究這個問題，并且提倡學(xué)生自主選擇實驗器材和方法，拓展了學(xué)生思維的空間，變傳統(tǒng)的驗證性實驗為探索性實驗提高了學(xué)生積極探索的興趣。實踐結(jié)果表明，學(xué)生在這一過程中不僅獲取了知識，而且大大提高了實驗技能。（2）關(guān)注學(xué)生探究的整過程，注重適時的問題發(fā)現(xiàn)和方法的引導(dǎo)，使學(xué)生對機械做功由感性的、零碎的認識上升到理性的、統(tǒng)一的思維。如有的小組采用滑輪組，有的小組采用斜面，還有的小組采用輪軸進行探究，從表面來看，他們的實驗現(xiàn)象是各不相同的，但其中蘊藏的道理和方法卻是共同的，比如，在實驗中他們都采用了控制變量法，將各小組的結(jié)論歸納起來就是功的原理，這就是歸納法的應(yīng)用。這樣將物理科學(xué)研究