滬科版八年級學案第九章 機械與人

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第九章 機械與人 第一節(jié) 杠 桿 學習目標 1．知道什么是杠桿，理解力臂的概念，能根據(jù)相關的實物，畫出杠桿示意圖。 2．通過實驗，探究杠桿的平衡條件，會利用杠桿平衡條件解決一些簡單的問題。 3．認識生活中的一些杠桿，會對杠桿進行分類。 學時安排 本節(jié)用2學時，第一學時認識杠桿、探究杠桿的平衡條件，第二學時學習杠桿的分類和應用。 第一學時 課前準備 1．自帶物品 課前從家里帶來羊角錘、剪刀、鉗子、起子（及帶瓶蓋的廢酒瓶）等工具。 2．預習記錄 通過預習課文，你學會了什么，有哪些疑問，請簡要記錄下來： 合作探究 一、認識杠桿 活動1：分別用羊角錘起釘子、用剪刀剪紙、用起子起瓶蓋、用直尺撬文具盒……。在觀察的基礎上，思考討論： 1．這些工具在工作時有哪些共同特征？ 2．請畫出下圖中各杠桿的支點O和動力F1及阻力F2的示意圖。思考：F1和F2是誰受到的力？ 二、探究杠桿的平衡條件 活動2：回憶你玩過的蹺蹺板的游戲，結合觀察下圖思考： 1． 你有哪些感興趣的問題？ 2．蹺蹺板在水平位置靜止由哪些因素決定？ 活動3：探究杠桿的平衡條件 1．在木尺的兩邊分別掛上數(shù)目不同的鉤碼，用F1、F2表示鉤碼的拉力，用L1、L2表示懸掛點到支點O的距離。 2．改變鉤碼個數(shù)并調節(jié)懸掛點到O點的距離，使木尺處于水平靜止狀態(tài)。將各次實驗數(shù)據(jù)填寫入下表。 填一填 ⑴杠桿：__________________________________，叫杠桿。 ⑵支點是：________________，動力是：____ ________，阻力是：______ _____。 實驗 次數(shù) 左邊 右邊 動力F1/N 距離L1/cm 阻力F2/N 距離L2/cm 1 2 3 3．觀察分析實驗數(shù)據(jù)，看看木尺平衡的條件是什么？ 結論 4．如果杠桿的左邊改用彈簧測力計斜拉杠桿使其平衡（如圖所示），用刻度尺分別測出支點到測力計拉力作用點的距離和支點到該力作用線的距離填入下表中。 實驗 次數(shù) 左邊 右邊 動力F1/N 支點到力的作用點距離L/cm 支點到力的作用線距離L1/cm 阻力F2/N 距離L2/cm 1 2 5．分析實驗數(shù)據(jù)，看看木尺平衡的條件是什么？ 結論：_____________________________________ 填一填 ⑴動力臂是：____ ________， 阻力臂是：____ __ _____。 ⑵杠桿的平衡條件為：________________。 說 明 學生說出杠桿的特征后，教師順勢給出杠桿、支點、動力、阻力幾個名詞。 本環(huán)節(jié)意在引導學生發(fā)現(xiàn)問題，進而探究杠桿的平衡條件。若在課堂上播放實景視頻，引導學生提出問題和猜想，效果更好。 基于學生的實際認知規(guī)律，此時不急于硬性給出“力臂”的概念，而是稱之為懸掛點到支點的“距離”。 該步實驗可由教師演示，學生記錄數(shù)據(jù)。通過演示實驗首先使學生發(fā)現(xiàn)：當用彈簧測力計斜拉杠桿時，左右兩邊的力與支點到力的作用點距離的乘積不再相等！形成認知沖突。然后教師引入“力的作用線”和“力臂”的概念。 第二學時 課前準備 預習記錄 通過預習課文，你學會了什么，有哪些疑問，請簡要記錄下來： 合作探究 三、杠桿的分類 活動4：標出下圖中杠桿的支點，并畫出動力、阻力、動力臂、阻力臂。然后思考討論： 1．根據(jù)生活經(jīng)驗，你認為上圖中的杠桿哪些是省力的？哪些是費力的？哪個既不省力，也不費力？ 2．根據(jù)杠桿的平衡條件分析，為什么有的杠桿省力？有的杠桿費力？有的既不省力又不費力？ 3．生活中還有哪些省力杠桿、費力杠桿、等臂杠桿？請列舉幾例，并畫出這些杠桿的示意圖。 說 明 本節(jié)安排的活動較少，留出適當時間讓學生做一些鞏固練習題。 教師還可安排有關杠桿平衡條件的計算題。 第二節(jié) 滑輪及其應用 學習目標 1．能識別生活中常見的定滑輪、動滑輪、滑輪組。 2．通過實驗探究，理解定滑輪、動滑輪、滑輪組的作用和實質。 3．能根據(jù)要求選擇滑輪或組裝滑輪組，學會利用它們解決一些簡單的實際問題。 課前準備 1．收集信息 找出生活中常用的滑輪，有關滑輪的圖片、使用滑輪的實況錄像（如升國旗、起重機提升重物等），與其他同學互相交流。 2．預習記錄 通過預習課文，你學會了什么，有哪些疑問，請簡要記錄下來： 合作探究 一、定滑輪和動滑輪 活動1：組裝滑輪，提升重物 1．用鐵架臺、滑輪（一個）、細線（一根）、鉤碼組裝滑輪，利用你組裝的滑輪將鉤碼提升一定的高度，你能想出幾種組裝方法？ 2．各組之間交流組裝方法，并討論各種組裝方法有哪些異同點？ 填一填 ⑴使用滑輪時，滑輪的軸固定不動的叫做??? ???。 ⑵使用滑輪時，軸隨物體一起運動的滑輪叫做???? 。 活動2：定滑輪的作用和實質 1．用彈簧測力計測量使用定滑輪拉起重物（鉤碼）的拉力，改變拉力的方向多次測量，并記下每次拉力的大小，比較拉力的大小與物重有什么關系？ 2．比較定滑輪和等臂杠桿，它們有哪些相同和不同之處？ 填一填 請畫出圖 （b）、（c）中的兩個力臂，由圖可知，定滑輪實質上相當于一個????? 杠桿，因此拉力和物體重力的關系是：?????? ????????? ，即使用定滑輪不能省力，但可以 。 活動3：動滑輪的作用和實質 1．先猜想使用動滑輪提起重物（鉤碼）時拉力的大小，然后用彈簧測力計進行測量，比較拉力的大小與物重有什么關系？ 2．動滑輪的實質是什么？與其他同學相互交流你們的觀點。 填一填 請在圖2中畫出動滑輪的動力臂和阻力臂，由圖可知，動滑輪實質上相當于一個????? 杠桿，因此拉力和物重的關系是：??????? ???。即使用動滑輪可以 。 圖2 F F 思考：使用定滑輪和動滑輪各有什么優(yōu)點和不足？ 二、滑輪組 活動4：組裝滑輪組并探究滑輪組的省力情況 1．把一個定滑輪和一個動滑輪組合成滑輪組，動手做一做，并畫出你所組裝的滑輪組，你還能設計其他的組合方式嗎？ 2．按照課本圖9-17（a）所示的方式進行探究，把提起重物使用的拉力與物重相比較，再數(shù)一數(shù)承擔物重的繩子有幾股，你能發(fā)現(xiàn)什么？ 填一填 ⑴ 和 組合在一起叫做滑輪組。使用滑輪組時，滑輪組用幾股繩子吊著物體，拉力就是物重的 。 ⑵根據(jù)圖3中的省力要求，畫出滑輪組的繞法。(不計摩擦和滑輪重) 圖3 思考：由動滑輪的實質可知：拉力等于物重的二分之一，通過測量發(fā)現(xiàn)，拉力卻大于物重的二分之一，請你分析其中的原因?；喗M是否也存在類似的問題？ 說 明 先讓同學們動手實驗，建立一定的實驗基礎，以便于由具體的滑輪抽象出杠桿的實質。 此活動不給學生提供彈簧測力計。 通過比較定滑輪和等臂杠桿，理解定滑輪的實質。 此活動時發(fā)給學生彈簧測力計。 理解動滑輪的實質。 活動2和活動3可放在一起測量，比較得出結論后，再分析其實質。 先動手組裝，根據(jù)實物畫圖分析，由具體到抽象、深入淺出。 為研究機械效率埋下伏筆。 第三節(jié) 做功了嗎 學習目標 1．結合實例理解機械功的概念，會判斷各種事例中物體是否做功。 2．通過歸納生活中大量做功實例，認識做功的兩個必要因素。 3．會用功的公式進行簡單計算。 課前準備 1． 復習回憶 圖1 若不計彈簧測力計所受重力、繩重、機械重及各種摩擦，如圖1所示，用彈簧測力計將物重為G的物體勻速提升一段距離h，則拉力大小為F=G，拉力的作用點移動的距離為s=h；如圖2所示，①若使用圖中的杠桿，已知OA =2OB，則拉力大小為F1= , 拉力的作用點移動的距離為 s1= ；②若使用定動滑輪，則拉力大小為F2= , 拉力的作用點移動的距離為 s2= ；③若使用動滑輪，則拉力大小為F3= , 拉力的作用點移動的距離為 s3= ；④若使用圖中的滑輪組，則拉力大小為F4= , 拉力的作用點移動的距離為s4= 。 圖2 2．預習記錄 通過預習課文，你學會了什么，有哪些疑問，請簡要記錄下來： 合作探究 一、機械功 活動1： （1）分析“課前準備”中“回憶復習”的內容，在各種提升物體的方法中，拉力與上升距離的乘積有何特點？ （2）閱讀課文第164頁“機械功”部分的內容，理解物理學中給力和物體在力的方向上移動距離的乘積賦予了什么物理意義。 填一填 物理學中把 和物體在力的方向上 的乘積叫做機械功，簡稱 。 二、怎樣才算做功 活動2：根據(jù)課本第164頁圖9-22（a）和（b）兩個做功的實例和（c）沒有做功的實例分析下列問題。 1．歸納一個物體對另一個物體做功必須具備什么條件？ ２．根據(jù)做功的兩個必要因素，列舉生活中一個物體對另一個物體做功的實例，并與其他同學交流。 ３．分析下列實例是否做功，并說明你判斷的依據(jù)。 （1）人搬石頭，但沒有搬動 （2）人在平直路面上將油桶推到倉庫里 （3）舉重運動員把杠鈴舉在空中，停留了5秒鐘 （4）冰塊在光滑的冰面上勻速滑動 填一填 做功的兩個必要因素：（１） ；（２） 　　　　　　 。 三、怎樣計算功 活動3：看書自學課本第165頁，完成下面內容： 1．估算一下，用手勻速托起4個雞蛋升高1米，手對雞蛋做的功大約是多少？ 把你的物理課本從地上撿起來，放在課桌上，你做的功大約是多少？ 2．在平地上，小明用50N的水平推力推動重100N的箱子，前進了10m，小明做了多少功？如果把這個箱子勻速舉高1m，他做了多少功？ 3．你認為計算功的多少時，需要注意哪些問題？ 填一填 物理學中規(guī)定，功等于???????跟 ?????????????????????? 的乘積，即功＝?????? ???，用公式表示W(wǎng)＝?????? ?? 。其中W表示???? ?，單位是???? ；F表示???? ，單位是? ??? ；s表示?? ?? ，單位是?? ?? 。 說 明 通過歸納得出Fs=Gh，使學生意識到力和物體在力的方向上移動距離的乘積有一定的物理意義，從而引出功。 師生、生生相互交流，共同歸納出做功的必要因素，教師可在此基礎上列舉不做功的情況，讓學生分析。 計算做功的多少時要注意：力必須是做功的力；距離必須是在力的方向上移動的距離。 第四節(jié) 做功的快慢 學習目標 1．經(jīng)歷建立功率概念的過程，明確功率的含義——表示做功的快慢。 2．知道功率的定義、公式、單位，了解常見動物和交通工具的功率。 3．通過對比功率和速度概念的建立過程，了解比值定義物理量的方法。 4．會進行有關功率的簡單計算。 課前準備 1． 復習回憶 復習回顧“第三章第三節(jié)快與慢”中速度的定義、公式及單位（簡要記在下面）。 2．家庭實驗 請與同學或家人合作，測量你上樓時的有關數(shù)據(jù)，填入下表中，以供課堂討論和計算用。（請勿一味求快，務必確保安全） 你的質量m/kg 上樓的高度h/m 所用的時間t/s 3．預習記錄 通過預習課文，你學會了什么，有哪些疑問，請簡要記錄下來： 合作探究 一、怎樣比較做功的快慢 活動1：仔細觀察教材第167頁圖9-26和圖9-27，思考討論：圖9-26的兩幅圖中，誰做功快？圖9-27的兩幅圖中，誰做功快？與同學相互交流你們的判斷方法。 填一填 要比較做功的快慢，可以采用的方法有： ⑴ ； ⑵ 。 思考：要比較做功的快慢，需要考慮哪些因素？如果做功的多少和所用的時間都不相同，怎樣比較做功的快慢？ 二、功率與測算功率的方法 活動2：閱讀教材第168頁上半頁內容。 填一填 要比較做功的快慢，可以采用的方法有： ⑴功率的定義： 。 ⑵功率的公式： 。 ⑶功率的單位： 。 思考1：教材對功率的定義采用的是上面比較做功快慢的方法中的哪一種？ 思考2：功率概念的引入方法和速度概念的引入方法是類似的，你還知道哪些采用這種方法來引入的物理量？比較這些物理量的引入過程，你能發(fā)現(xiàn)哪些相同之處？ 活動3：閱讀教材第168頁下半頁表格中一些動物和交通工具的功率，回答下列問題： 1．明確這些功率所表示的含義。 例如馬拉車長時間的功率為450W，表示馬每秒做功 J。 2．你還知道哪些動物和機器的功率，寫出來，并與同學和老師交流。 活動4：利用課前測得的有關上樓的數(shù)據(jù)，計算自己上樓時的功率。然后與其他同學交流，思考下面的問題： 誰做的功最多？誰的功率最大？兩者是否一致，為什么？ 說 明 許多物理量都是采用“比值定義法”定義的，引導學生進行歸納比較，可以使學生深入領會這種定義方法，有助于學生進一步學習其他采用比值定義法定義的物理量，取得事半功倍的效果。 對功率單位瓦特形成感性認識以及估計常見事物的功率，對學生來說是個難點，教師應引導學生多觀察、多列舉，幫助學生形成感性認識。 與課前實驗相呼應，讓學生體驗到利用物理知識可以解決生活實際問題，激發(fā)學生的學習興趣，養(yǎng)成通過聯(lián)系實際學習物理的習慣。 第五節(jié) 機械效率 學習目標 1．知道有用功、額外功和總功的含義，以及它們之間的聯(lián)系，能在實例中區(qū)分有用功、額外功和總功。 2．理解機械效率，會用機械效率的公式進行簡單的計算；經(jīng)歷測算滑輪組機械效率的過程，學習測算簡單機械效率的方法。 3．知道任何機械效率總小于1，知道提高機械效率的方法，認識提高機械效率的意義，增強節(jié)能意識，提高對科學發(fā)展觀的認識。 課前準備 1． 復習回憶 甲 乙 丙 圖1 在圖1甲、乙、丙中，若不計機械重、繩重及摩擦，F(xiàn)1= 、F2= 、F3= 。如果參照圖甲、乙、丙進行實驗，你認為F1 、F2、 F3與物重的大小關系可能會怎樣？ 2．預習記錄 通過預習課文，你學會了什么，有哪些疑問，請簡要記錄下來： 合作探究 一、什么是機械效率 活動1：參照“復習回憶”中的圖甲、乙、丙進行實驗，思考討論下面的問題： 1．施加在繩子末端的拉力對哪些物體做了功？ 2． 哪些功對我們是有用的？ 3．哪些功對我們是無用但又不得不做的功？ 4． 這些功的大小有什么關系？ 填一填 （1）對人們 的功做的功叫做有用功，用W有用表示。對我們無用但又 的功叫做額外功，用 表示。 所做的功叫做總功，用W總表示。 （2）機械效率的定義： 跟 的比值。用η表示。機械效率的數(shù)值常用 表示。 （3）機械效率的公式：η= 。 （3） （4） 二、機械效率總是一定的嗎？ 活動2：測算滑輪組的機械效率 測出如圖2所示的甲、乙、丙三個滑輪組的機械效率，并將測量數(shù)據(jù)記錄在課本第171頁的表格中（在原表格下再增加一行）。 圖2 討論： 1．測算滑輪組機械效率的理論依據(jù)（即原理）是什么？ 2．根據(jù)測算原理，實驗需要測量哪些物理量？這些物理量如何測量？ 3．只測重物移動的距離或繩子自由端移動的距離，能不能測算滑輪組的機械效率？重物移動的距離和繩子自由端移動的距離都不測出，能不能測算滑輪組的機械效率？ 4．比較甲、乙、丙三個滑輪組的機械效率，你有什么發(fā)現(xiàn)？ 填一填 同一滑輪組的機械效率不是 ，提升的重物越重，滑輪組的機械效率越高。使用不同的滑輪組提升相同的重物時，動滑輪的 ，滑輪組的機械效率越高。 思考：通過以上實驗，你認為影響滑輪組機械效率高低的因素有哪些？如何提高滑輪組的機械效率？ 說 明 通過學生思考、討論既能弄清有用功、額外功和總功的含義，又能把有用功、額外功和總功區(qū)分開來。 通過學生對額外功多少的討論，意識到我們做功時額外功越少越好，也就是有用功在總功中所占的比例越大越好，從而歸納出機械效率的定義和公式。 通過實驗，既讓學生學會測滑輪組機械效率的方法，又能使他們認識到機械的機械效率不是不變的。 第六節(jié) 合理利用機械能 學習目標 1．知道什么是動能、重力勢能、彈性勢能、機械能。 2．知道動能、重力勢能、彈性勢能的大小跟哪些因素有關，經(jīng)歷探究動能和重力勢能的大小跟哪些因素有關的過程，學習運用控制變量研究問題的方法，培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。 3．知道動能、重力勢能、彈性勢能可以相互轉化，并能解釋自然界中機械能相互轉化的現(xiàn)象，認識到自然界中的事物都不是孤立的，是相互聯(lián)系的。 學時安排 本節(jié)用2學時，第一學時認識動能、重力勢能、彈性勢能，探究影響動能的因素；第二學時探究影響重力勢能的因素，學習動能和勢能的相互轉化。 第一學時 課前準備 1．自帶物品 1號干電池一節(jié)、2號干電池一節(jié)、木塊（或泡沫塊）、橡皮、硬紙板等。 2．預習記錄 通過預習課文，你學會了什么，有哪些疑問，請簡要記錄下來： 合作探究 一、動能和勢能 活動1：列舉生活中能夠做功的物體。 填一填 如果一個物體 做功，我們就說這個物體具有能量。物體做功的過程就是 的過程，物體做的功越多，說明某種能轉化為 的能越多。國際單位制中，功的基本單位是焦（J），能的單位也是 。 活動2：思考、討論下列問題： 1．射出的箭、運動的球、流動的水、流動的空氣等物體都能夠做功，它們有什么共同點？ 2．懸吊的電扇、起重機吊起的重物、被舉起的杠鈴等物體都能夠做功，它們有什么共同點？ 3．張開的弓、變形的撐桿、蹦極時張緊的橡皮繩等物體都能夠做功，它們有什么共同點？ 填一填 （1）動能：物體由于 具有的能量。 （2）勢能：物體由于 或發(fā)生 具有的能量叫勢能，前者叫做重力勢能，后者叫做 。 （3）動能和勢能統(tǒng)稱 能。 活動3：探究動能的大小與哪些因素有關。 1．運動著的不同物體具有的動能大小一樣嗎？你認為動能的大小可能跟哪些因素有關？根據(jù)上面的活動和你的生活經(jīng)驗，提出你的猜想。 2．討論： ①要研究動能的大小跟質量是否有關，應保持 不變，改變 ，比較 ；②要研究動能的大小跟速度是否有關，應保持 不變，改變 ，比較 。 3．根據(jù)以上設計思路，自選器材，設計實驗。 提供的器材有： Ａ．1號干電池　Ｂ．2號干電池?。茫緣K（或泡沫塊）　 Ｄ．橡皮　 Ｅ．硬紙板　 Ｆ．大鋼球　 Ｇ．小鋼球 Ｈ．斜面 所選器材是 思考：所選器材在實驗中各起什么作用？動能的大小如何顯示？ 4．按照自己的設計方案進行實驗。 5．通過實驗，可以得到什么結論？ 填一填 ①質量相同時，速度 的物體具有的動能 ； ②速度相同時，質量 的物體具有的動能 ； ③物體的動能與物體的 和 有關， 越大， 越大，物體具有的動能就越大。 說 明 通過師生的雙邊活動引出能量的概念。 通過比較、歸納得出動能、重力勢能、彈性勢能、機械能的概念，培養(yǎng)歸納概括能力。 討論時，盡量讓學生說出自己的方案，同學之間相互修正，讓學生充分參與到活動中。通過討論，學習利用控制變量法制定計劃和實驗方案。 第二學時 課前準備 1．復習回憶 回顧上節(jié)課所學的內容，請把上節(jié)課所學的知識要點簡要記錄下來。 2．家庭實驗 自制小方桌：取一塊方形的薄木板，用錘子輕輕地在木板的四角釘四根相同的釘子（為防止木板劈裂，事先可以先用錐子在四個角錐四個小孔），小方桌就制成了，帶到課堂備用。 3．自帶物品 課前請帶來下列物品：小石塊、較大的石塊、自制的小方桌、紙盒、沙子、海綿塊、細線、螺母等物體。 4．預習記錄 通過預習課文，你學會了什么，有哪些疑問，請簡要記錄下來。 合作探究 活動4：探究重力勢能的大小與哪些因素有關。 1．被舉高的不同物體具有的重力勢能大小一樣嗎？你認為重力勢能的大小可能跟哪些因素有關？根據(jù)你已有的知識和生活經(jīng)驗，提出你的猜想。 2．討論： ①要研究重力勢能的大小跟質量是否有關，應保持 不變，改變 ，比較 ；②要研究重力勢能的大小跟高度是否有關，應保持 不變，改變 ，比較 。 3．根據(jù)以上設計思路，自選器材，設計實驗。 提供的器材有： Ａ．小石塊?。拢^大的石塊?。茫灾频男》阶? Ｄ．紙盒　 Ｅ．沙子　 Ｆ．海綿塊　 Ｇ．鉤碼 所選器材是 思考：所選器材在實驗中各起什么作用？重力勢能的大小如何顯示？ 4．按照自己的設計方案進行實驗。 5．通過實驗，可以得到什么結論？ 活動5：彈性勢能的大小跟哪些因素有關填一填 （1）質量相同時，高度 的物體具有的重力勢能 ； （2）高度相同時，質量 的物體具有的重力勢能 ； （3）物體的重力勢能與物體的 和 有關， 越大， 越大，物體具有的重力勢能就越大。 ？設計什么實驗可以證明你的猜想？生活中有哪些事實或現(xiàn)象也能證明你的猜想？ 二、動能和勢能的相互轉化 活動6：單擺實驗：用細線拴住螺母制成一個單擺，將螺母拉到一定的高度釋放，仔細觀察小球的擺動情況。 滾擺實驗：將懸吊滾擺的繩子纏繞在滾擺上，放開手。仔細觀察滾擺的上下運動情況。 1．比較螺母在最高點和最低點的勢能和動能的情況：當螺母從最高點向最低點運動的過程中，動能和勢能是如何變化的？當螺母從最低點向最高點運動的過程中，動能和勢能又是如何變化的？ 2．以上實驗能說明什么？ 活動7：分析蹦床運動員在蹦床比賽中能量的轉化。 填一填 物體具有的動能和勢能是可以 的。 思考： 為什么滾擺每次上升的高度一次比一次低？ 說 明 有了上節(jié)課的探究做基礎，本探究完全放手給學生，讓他們自主探究完成整個探究過程。 單擺實驗取材容易，一定讓學生親自做，為學習機械能的相互轉化打下堅實的基礎。 滾擺實驗可由教師或學生演示，但要讓學生自主分析。 教師搜索何文娜在北京奧運會的比賽錄像或蹦極等類似的事例，讓學生分析討論能量的轉化情況。 23