【大单元教学】人教版 初中物理 八年级下册 第十二章《简单机械》大单元教学设计

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八年级物理大单元设计第十二单元《简单机械》单元概述【单元内容】本章是初中物理力学部分的最后一章，涉及前面所学的力和功的知识，具有一定的综合性。一方面，要从力的角度认识简单机械;另一方面，还要从功的角度认识简单机械。关于平衡状态，初中物理课程仅涉及二力平衡和杠杆平衡。《课标》对杠杆平衡有新的要求，即通过实验，探究并了解杠杆的平衡条件。其中既有实验探究的要求，又有知识方面的要求，而且探究杠杆的平衡条件实验被列为学生必做实验。本章涉及的概念有简单机械中的杠杆、滑轮(定滑轮、动滑轮、滑轮组)和机械效率(包括总功、有用功、额外功)，涉及的物理规律有杠杆的平衡条件。通过本章的学习，学生应能正确、合理地使用杠杆、滑轮，以达到改变力的大小和方向的目的;能从生活和生产实际出发、选择不同类型的杠杆、滑轮，以达到省力或方便的目的。【课标要求】本章内容包括：课程标准中科学内容的第二个主题“运动和相互作用”，是该主题下的二级主题“机械运动和力”中的部分内容。2.2.3 知道简单机械。探究并了解杠杆的平衡条件。课程标准中科学内容的第三个主题“能量”，是该主题下的二级主题“机械能”中的部分内容。3.2.3 知道机械效率。了解提高机械效率的意义和途径。例3 测量某种简单机械的机械效率。【单元学习目标】1、能识别出杠杆，并能准确找出杠杆的五要素。2、通过实验探究，能得出杠杆的平衡条件，并能利用杠杆的平衡条件进行相关计算；3、能通过实验，认识定滑轮和动滑轮的特点，并能根据需要选择合适的滑轮解决实际问题；4、能结合实例分析什么是有用功、额外功和总功。能说出机械效率的含义，知道机械效率是小于1的。能利用机械效率的公式进行简单的计算。5、通过实验了解滑轮组机械效率的高低与物体重力的大小有关。【单元情境】2005年7月30日，美国宇航员史蒂夫·罗宾逊在机械臂的铺目下，对发现号航天飞机的隔热层进行维修的情景。这从一个侧面反映了机械的发展，展现人类的伟大智慧。这对学生形成正确的科学态度、产生探索自然的内在动力等方而会起到较强的激励作用。【学习导航】【学法指导】引导学生完成好探究杠杆平衡条件的实验，在设计实验、进行实验和数据处理等方面给学生创设参与的机会，使他们加深体验但要注意根据学生情况把握好分寸，因为这个实验的设计和数据处理对学生来说难度较大。引导学生完成好研究定滑轮和动滑轮特点的实验，让学生亲身体验，找出定滑轮和动滑轮的特点，加深对滑轮的认识，并找出它们各自的优缺点，这样有利于培养学生辩证地认识事物的意识和习惯。教学中要通过实例仔细分析有用功、额外功和总功，以便学生真正认识机械效率的含义。组织学生经历测量机械效率的全过程，如让学生经历组装实验装置、测量数据、得出结论的过程，既能激发他们的学习兴趣，又能增加实践体验。【分节或者知识点】第一节 杠杆【学习目标】能识别出杠杆，并能准确找出支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂；通过实验探究，能得出杠杆的平衡条件，并能利用杠杆的平衡条件进行相关计算；能对杠杆进行分类，并能根据实际需要选择合适的杠杆。引入新课 　　通过浮力的学习，同学们已经知道了阿基米德是古希腊伟大的科学家，他在物理学方面的主要贡献有两项：浮力问题与杠杆平衡问题。阿基米德有句名言：“给我一个支点，我可以撬动地球。” 　　置疑：阿基米德说这句话的根据是什么 ？ 你认为这可能吗？　　阿基米德用来撬动地球的工具就是杠杆，也就是这节课要研究的问题。【使用说明】激发学生学习兴趣。活动一：认识杠杆观察PPT上的图片，认识生活中的常见的杠杆。分组讨论，找出图中杠杆的共同特征——都绕一固定点转动。 要求学生分析各个杠杆的固定点。 杠杆概念：在力的作用下，能绕某一固定点转动的硬杆，叫杠杆。 　　“硬杆”指在力作用下不易发生形变的受力的杆状物体，可以是直的也可是弯的，形状也可以是各种各样，可是方的、圆的等。 要求学生再举其他例子。 【使用说明】从生活走向物理，能正确识别出杠杆。活动二：分析杠杆的五要素首先认识杠杆的几个概念 　　支点 ( O ) ：杠杆绕着转动的固定点。 　　动力 ( F1 ) ：使杠杆转动的力。 　　阻力 ( F2 ) ：阻碍杠杆转动的力。 　　动力臂 ( Ｌ1 )：支点到动力作用线的距离。 　　阻力臂 ( Ｌ2 ) ：支点到阻力作用线的距离1、试着画出下列杠杆的动力和阻力。2、试着画出下列杠杆的动力臂和阻力臂 归纳总结：画力臂的一般步骤是:（1）确定支点；（2）画力的作用线（过F1、F2的直线）；（3）从支点向力的作用线作垂线，垂足在力的作用线上；（4）标出力臂。可简记为“一找点，二画线，三作垂线段，四标力臂”。【使用说明】1、并能准确找出支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂；2、提高学生将实际问题抽象为物理问题的意识。3、要求学生经历用示意图描述实例中杠杆特征的过程，从而使研究变得简单、明了，有利于抽象、概括。从一些较复杂的实例中抽象出杠杆的物理模型，这对于学生学习物理知识，领悟物理学解决问题的方法是至关重要的。【练习】1．如图所示是用瓶起子打开瓶盖的情境，开启过程中某时刻，可将瓶起子看作一个杠杆（忽略杠杆所受重力），用“ O ”表示支点位置，手施加的力为动力Fl（方向垂直杠杆），杠杆所受阻力为F2（方向垂直杠杆），能表示此时支点、动力和阻力的示意图是（　　）A． B．C． D．【答案】D2．关于支点的位置，下列说法中正确的是（　　）A．支点必须在动力作用点、阻力作用点之间 B．支点一定在杠杆的一端C．支点一定在杠杆上 D．支点一定在杠杆的中点【答案】C3．如图，请在图中画出力F1的力臂L及杠杆所受阻力F2的示意图。  【答案】活动三：杠杆的平衡条件物理学中将物体处于静止或者匀速直线运动称为平衡状态，在杠杆的使用中杠杆的平衡状态也是一种非常重要的状态，那么杠杆在什么状态下称为平衡状态呢？杠杆平衡：杠杆静止或杠杆匀速转动都叫杠杆平衡，那么杠杆在满足什么条件时才会平衡呢？实验探究：  (1) 将杠杆挂在铁架台上，观察是否在水平位置平衡 ( 静止 ) ；若不是，可调节平衡螺母，使之水平平衡。 此处可提问：为什么要使杠杆在水平位置平衡？若学生回答不出，可要求课后思考。 （实验中让杠杆在水平位置平衡目的是便于直接从杠杆上读出力臂的大小。）在杠杆两端分别挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆再次在水平位置平衡。(3) 测出杠杆平衡时的动力F1阻力F2、动力臂Ll和阻力臂L2，并把F1、F2、L1、和L2的数值填入下表中。（4）改变力和力臂的大小，再做几次实验。(5) 将数据记录下来，分析得出结论。   老师在学生探究过程中进行巡视，发现问题及时提出，让学生自己去分析、解决问题。 完成实验后，任意选择五组，请组中作记录的学生将结果投影到屏幕上。 　　将五组中的实验数据任意各取一组填入表格中，讨论可得到什么结论 ( 杠杆平衡的条件 ) 。 　　教师可提出各种猜想，加减乘除关系都可。　　可能有学生得到其他关系式，但不适合所有数据，因此它不是杠杆平衡条件。 分析论证 ：实验结果表明，力臂越长，需要的力越小:力臂越短，需要的力越大。二者之间很可能是反比关系。找出动力、动力臂、阻力和阻力臂之间的数量关系，即可得出杠杆的平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即F1×L1＝F2×L2。对公式进行变形可以得到比例式，它的含义是：如果动力臂是阻力臂的几倍，那么动力就是阻力的几分之一。思考：为什么用较小的力可以撬起大石头？为什么跷跷板上大人也会被小孩跷起来？【使用说明】1、通过实验探究，能得出杠杆的平衡条件，并能利用杠杆的平衡条件进行相关计算；2、通过实验探究，能增强学生对杠杆平衡条件的理解，提高学生的探究能力。3、学会分析处理实验数据，关注学生在探究过程中对待和运用证据的态度问题。【练习】4．小红同学为了“探究杠杆平衡条件”设计了两种实验方案：第一种弹簧测力计沿竖直方向拉，其读数为；第二种弹簧测力计倾斜拉，其读数为，第______（选填“一”或“二”）种实验方案更方便；在同等条件下，两次弹簧测力计读数______（选填“<”“>”或“=”），原因是________。【答案】 一 < 拉力偏离竖直方向时，拉力的力臂会变小5．图甲、乙是小东同学研究杠杆平衡条件的实验装置和操作图，关于此实验下列说法正确的是（　　）A．实验前发现杠杆如图甲所示，则需要将杠杆的平衡螺母向左调节，使杠杆水平平衡B．杠杆支点O位于其重心处是为了避免杠杆自重对实验的影响C．图乙中，在B点挂6个相同的钩码可以使杠杆水平平衡D．图乙中，在O点右侧杠杆上的某位置施加竖直向上的力，可以使杠杆水平平衡【答案】BC6．如图所示，杠杆能绕O点转动，请画出使杠杆保持如图静止的最小力F。【答案】活动四：杠杆的分类根据杠杆平衡条件：F1×L1 = F2×L2可知：1）省力杠杆：L1＞L2，F1＜F2(省力费距离）；比如：老虎钳、修剪树枝的剪子、开酒瓶盖的起子、指甲钳、铡刀、手推车……2）费力杠杆： L1＜L2，F1＞F2(费力省距离）；比如：赛艇的船桨、用筷子吃饭、火钳、理发剪子、镊子、钓鱼竿、人的上肢……3）等臂杠杆： L1=L2，F1=F2(不省力不费力）；比如：天平、定滑轮等。　例题：分析下列杠杆是省力杠杆，费力杠杆，还是等臂杠杆。　　如：铡刀、瓶盖起子、独轮车、铁锹、抽水机、汽车刹车踏板、胳膊、缝纫机踏板等。【使用说明】能对杠杆进行分类，并能根据实际需要选择合适的杠杆。2、知道三种杠杆及其特点【练习】7．如图所示是同学们常用的燕尾夹，假设AB与BC等长，当用力摁住C点打开该夹子时，可把 ___________点看作支点，此时夹子可近似看作 ___________杠杆（选填“省力”、“费力”或“等臂”）。用它来夹纸张，纸的页数越多，越不容易脱落，是因为压力越大，纸与纸之间___________就越大。【答案】 B 等臂 摩擦力8．如图所示的工具在使用时，属于费力杠杆的是（　　）A．瓶盖起子 B．食品夹C．托盘天平 D．羊角锤【答案】B9．如图甲是环保垃圾桶，环卫工人在B点用力使其静止，图乙为其简化示意图。若将垃圾桶看成一个杠杆，A为支点，O点为垃圾桶重心。请在图乙中画出：（1）作用在B点的最小动力F1的示意图及F1的力臂L1；（2）垃圾桶所受重力的示意图。【答案】第2节 滑轮【学习目标】1.能识别定滑轮和动滑轮；2.能通过实验，认识定滑轮和动滑轮的特点，并能根据需要选择合适的滑轮解决实际问题；3.会安装滑轮组，并能根据安装情况分析施加的拉力大小与物重的关系。引入新课：观看往高处提东西的漫画思考：提升同样的物体，最终的结果为什么不同？【使用说明】1、讨论学生感兴趣的漫画，反映出物理是有趣的,激发学习兴趣和好奇心。活动一：定滑轮滑轮是一个周边有槽、并可以绕轴转动的轮子。 1、认识定滑轮：滑轮的轴心位置不移动的滑轮叫定滑轮。举例：如旗杆顶部的装置为定滑轮。 2、演示实验：用定滑轮提升钩码，让学生观察定滑轮在使用过程中有些什么特点。　　① 称量钩码的重力G； 　　② 演示如图所示的实验，分别沿不同的方向匀速拉动弹簧测力计，使物体上升。现象：拉力的方向改变，但弹簧测力计的示数不变，特点是 F ＝ G 。结论：使用定滑轮提升物体时，不能省力，但可以改变力的作用方向，达到操作方便的目的。 3、提问：使用定滑轮不能省力，那么能否省距离？能否省功？ 按照下图进行演示。现象：动力作用点移动的距离 s 与物体上升高度 h 相等。结论：使用定滑轮不能省力，也不能省距离。 由此得出使用定滑轮不能省功。 4、使用定滑轮为什么不能省力？引导学生找出定滑轮上的支点、动力和阻力、力臂，分析动力臂与阻力臂之间的关系，理解定滑轮不能省力的原因。定滑轮的实质：定滑轮相当于一个等臂杠杆。【使用说明】1、 认识定滑轮，通过实验探究的过程。学生有亲身体验，容易理解，并有经历多方面能力训练的机会。这样的教学方式是新课程所提倡的。2、注理性分析过程，体现知识间的联系，既有实验结果，又有理论分析，从而有利于学生加深对定滑轮特点的认识。【练习】1．小明站在地面上利用如图所示的滑轮把重400N的物体M吊起来。若不计绳重、滑轮重及一切摩擦，则他拉绳子自由端的力为 ________N。【答案】4002．如图所示，天花板上挂着一个滑轮，绳绕过滑轮后两端分别连接A、B两物体，A、B两物体所受重力为GA＝6N，GB＝9N，B放在光滑水平地面上，A、B都处于静止状态，不计滑轮和绳的重力及摩擦，下列说法正确的是（　　）A．绳对A的拉力大小为9N B．绳对B的拉力大小为9NC．地面对B的支持力大小为3N D．天花板所受拉力大小为15N【答案】C活动二：动滑轮1、认识动滑轮：滑轮的轴心位置随提升的物体一起移动的滑轮叫动滑轮。2、演示实验：用动滑轮提升重物。① 称量钩码的重力G； ② 称量钩码和动滑轮的总重力G总；③演示如图所示的实验，竖直方向匀速拉动弹簧测力计，使物体上升，读出弹簧测力计的示数F。 现象：弹簧测力计的示数F小于物体的重力G。(FF3B．甲图和丙图中的装置所做的额外功相等为G0hC．甲图和丙图两装置的机械效率相等D．乙图中的装置机械效率最高为100%【答案】A单元名称学习内容学习任务学时功能关系1.整体感知感知杠杆的基本概念12.探究建构探究杠杆平衡条件，定滑轮和动滑轮的特点23.应用迁移组装滑轮组，测量机械效率24.重构拓展认识轮轴、斜面等简单机械1次数动力F1/N动力臂L1/m阻力F2/N阻力臂L2/m123…