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物理概念形成过程的教学

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1重点、难点及教学资源

重点:有用功、总功、额外功及机械效率的概念.难点:额外功判断、提高机械效率的途径.教学资源:PPT课件;铁架台,动滑轮,细绳,钩码,弹簧测力计,刻度尺.

2教学过程

2.1提出问题教师提出问题:学校买来了一批物理实验器材,要将实验器材从一楼运到三楼物理实验室.请问:你如何较省力地把这些器材运

到三楼?(说明:该设问体现“从生活走向物理”的教学理念)学生:可用简单机械,如滑轮组,或杠杆,或斜面,或轮轴.教师:今天,我们首先从最简单的动滑轮提升物理实验器材开始学习讨论相关问题(如图1).教师提出问题:动滑轮对货物做功与手通过细绳对机械做功相等吗?请各位同学猜想,并说出猜想的依据.

2.2猜想与假设学生提出猜想及依据:动滑轮对货物做功与手对货物做功不相等,使用机械做功大小可能比手对货物做功大,因为使用机械做功不仅包括提升货物所做的功,还包括提动滑轮所做的功及克服绳与滑轮间的摩擦所做的功.(说明:在科学探究的猜想与假设阶段,教师要引导学生依据一定的经验和事实,或在观察实验的基础上,根据科学原理和科学事实进行理性的思考,利用发散思维对未知的现象及其规律作出科学预见.教师在让学生提出合理猜想的同时,也要求学生说出猜想的依据,以此教育学生猜想与假设不是异想天开,要有一定的科学依据.)

2.3设计实验教师:为了验证猜想是否正确,应通过实验来验证.下面我们共同来设计实验探究方案.请问:这个实验的实验目的是什么?学生:为了比较使用动滑轮对货物做功与手对货物做功是否相等.教师:需要测量哪些物理量?学生:需测出物体的重力和物体上升的高度,手对绳端的拉力和绳子末端移动的距离.教师:需要哪些测量工具?学生:弹簧测力计,刻度尺.教师:测量时应注意哪些问题呢?请同学们小组讨论后回答.学生:测量前,弹簧测力计应调零;测手对绳子的拉力时,应匀速竖直向上拉动弹簧测力计;测距离时,刻度尺应竖直放置;为了排除实验的偶然性,应改变物体的重力,多次采集实验数据.教师:实验数据的记录表格怎样设计?表格中应包括哪些物理量?学生:应包括实验次数、物体的重力G、物体上升的高度h、手对绳端的拉力F、绳子末端移动的距离S、动滑轮对货物所做的功W1、手对机械所做的功W2.

2.4学生小组实验及物理概念的建构表格设计好后,学生两个人一组,进行实验操作,将实验数据填入表中,并计算出表格中的W1和W2.(说明:学生以两人为一组展开实验,在提高学生实验器材使用技能的同时,锻炼学生的交流与合作能力.教师在巡视中注意指导个别动手能力差的学生进行实验.)教师:动滑轮对货物做功与手对货物做功相等吗?想想:什么功对我们有用?什么功对我们没有用?学生:两者不相等.使用动滑轮对货物做的功对我们是有用的,提动滑轮所做的功和克服绳与滑轮间的摩擦做功对我们是没有用的.教师:我们将对人们有用的功称为有用功;对人们无用但又不得不做的功(如:克服机械自重、克服摩擦力做的功)称为额外功;动力对机械所做的功称为总功,即总功为有用功与额外功之和.(教师板书:有用功、额外功、总功及其定义)教师:为了表示有用功在总功中所占的比值,从而引入机械效率.机械效率定义:有用功与总功的比值.计算公式:η=W有W总×100%(教师板书)教师引导学生注意:(1)机械效率一般用百分数表示,没有单位;(2)由于额外功总是存在的,所以机械效率小于1.教师:若某起重机的机械效率是60%,是什么意思呢?学生:使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值是60%,也可以说有用功在总功中占有60%,另外的40%是额外功.教师:小常识介绍:起重机的机械效率一般为40%~60℅;抽水机的机械效率一般为60%~80%.

2.5分析归纳教师:请同学们算一算刚才所测的动滑轮的机械效率.议议:三次实验机械效率相等吗?你认为机械效率大小与什么因素有关?如何提高机械效率?学生:三次实验动滑轮机械效率不相等,从实验数据可知,用同一个动滑轮提升重物时,物体的重力越大,提高相同高度时,有用功越大,动滑轮的机械效率越大.可知,动滑轮的机械效率与物体的重力有关.由此可推知:动滑轮的机械效率还应与动滑轮重力和绳与滑轮间的摩擦有关,即与额外功有关.当有用功一定,动滑轮重力越大、绳与滑轮间的摩擦越大,额外功越大,机械效率越低.因此,为了提高机械效率,可增大有用功和减小额外功(教师板书).(说明:科学探究中分析与论证环节,要求学生具备较强的分析归纳能力,但初中生的分析归纳能力并不成熟,教师要给以适当的引导和点拨甚至是讲解,逐步提升学生的分析归纳能力.)

2.6生活物理社会教师:请同学们再议一议我们课堂教学开始时提出的问题,使用滑轮组搬运学校的物理实验器材到三楼,如何做到既能省力又有较高的机械效率?学生:应尽量增大实验器材的重力,使用轻质的滑轮组提升器材,使用表面光滑且轻质的细绳绕滑轮组.

2.7课堂小结(1)有用功、额外功、总功的定义;(2)机械效率定义、提高的意义及途径.

2.8课后作业若用杠杆、斜面或轮轴搬运物理实验器材,又如何做到既能省力又能提高机械效率呢?哪一种简单机械效率较高?

3总结

本节课的教学设计充分体现了“从生活走向物理,从物理走向社会”的教学理念,从将学校的物理实验器材用省力的方法提升到三楼这一生活问题引入新课,展开研究,最后的教学又回到课堂开始的问题,使整节课前后呼应,形成整体.本节课非常重视学生的科学探究活动,通过探究活动,让学生经历科学家探究科学知识的一般过程,掌握科学探究的方法和步骤,领悟物理思想方法,受到物理思维训练,提高了创新能力.同时,在活动中有效提高学生小组合作能力,培养了学生团队意识.重视物理概念形成过程的教学,通过探究活动建构有用功、额外功、总功、机械效率的物理概念,了解提高机械效率的方法,这样的教学有利于学生加深对物理概念内涵的理解.

作者:叶成林单位:南京师范大学第二附属初级中学

大学物理杂志责任编辑:田老师    阅读:人次