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        探究影響滑輪組機(jī)械效率的因素

        2013-12-11 08:52:36陳擁軍
        現(xiàn)代教育信息 2013年6期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)思想教學(xué)設(shè)計(jì)

        陳擁軍

        【摘要】探究性試驗(yàn)教學(xué)真正體現(xiàn)物理教學(xué)思想,培養(yǎng)學(xué)生能力的重要手段,本文以點(diǎn)帶面從探究影響滑輪組機(jī)械效率因素入手,對(duì)在探究實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問(wèn)題提出一些看法,為今后中學(xué)物理探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)指明方向。

        【關(guān)鍵詞】設(shè)計(jì)思想 教學(xué)設(shè)計(jì) 驗(yàn)證猜想 知識(shí)反饋 設(shè)計(jì)總結(jié)。

        1.設(shè)計(jì)思想

        本教學(xué)設(shè)計(jì)首先從影響滑輪組機(jī)械效率注意事項(xiàng)入手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,并在此過(guò)程中理解實(shí)驗(yàn)在科學(xué)探究中的作用,通過(guò)分析、觀察、測(cè)量、比較、收集證據(jù),作出解釋?zhuān)缓筇岢鲂碌恼n題--如何提高機(jī)械效率,鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)以致用,解決實(shí)際問(wèn)題,讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程,培養(yǎng)了學(xué)生的探究意識(shí),激發(fā)了他們的創(chuàng)新能力。

        2.教學(xué)設(shè)計(jì)

        總是小于1。那么產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是什么?

        是測(cè)量錯(cuò)誤還是測(cè)量誤差?學(xué)生討論:有些學(xué)生認(rèn)為

        是讀數(shù)時(shí)產(chǎn)生的測(cè)量誤差。帶著這個(gè)想法重新回到 (1)

        實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)所測(cè)機(jī)械效率還是大于100%。那么是不是測(cè)量錯(cuò)誤呢?測(cè)量錯(cuò)誤又是怎樣產(chǎn)生的呢?

        演示:老師將如圖A所示的彈簧秤倒立過(guò)來(lái)如圖B所示,同學(xué)們發(fā)現(xiàn)了什么?答:發(fā)現(xiàn)彈簧縮短了,那么彈簧縮短的原因是什么?

        學(xué)生提問(wèn):既然當(dāng)彈簧秤向下拉時(shí)由于彈簧及掛鉤自重影響

        滑輪組機(jī)械效率的測(cè)量,為了避免由于彈簧自重而帶來(lái)的測(cè)量錯(cuò)

        誤,我們應(yīng)將彈簧秤向上拉。隨后實(shí)驗(yàn)小組利用如圖(2)所示

        通過(guò)數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)小組使用同一滑輪組而且鉤碼重,物體被提升高度均等的情況下為什么機(jī)械效率不同呢?

        探究二:拉力的方向?qū)喗M機(jī)械效率的影響

        通過(guò)(1)(2)兩次數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn),拉力F的大小不同,自由端移動(dòng)的距離不同,為什么不同?讓學(xué)生帶著這個(gè)問(wèn)題重新回到實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)

        在做第一次和第二次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中拉力的方向不同,第一次

        使拉力的方向豎直向上,第二次拉力方向與豎直方向成一

        定角度如下圖C、D所示:

        那么拉力的方向不同會(huì)導(dǎo)致什么不同呢?學(xué)生猜想:動(dòng)力臂與阻力臂的比值不同。驗(yàn)證猜想,如下圖所示當(dāng)拉力方向分別與豎直方向成00、300、450、600角的情況下此時(shí)動(dòng)力臂分別是阻力臂的2倍 倍、 倍、1倍。

        根據(jù)杠桿的

        平衡條件:動(dòng)力

        ×動(dòng)力臂=阻力

        ×阻力臂可知當(dāng)

        拉力方向與豎直

        方向成300、450、600角時(shí)拉力F分別為物重的 、 、1倍,因此當(dāng)豎直向上拉時(shí)拉力F= (G+G輪)/2(忽略磨擦阻力)當(dāng)斜向上拉時(shí),拉力F的大小大于(G+G輪)/2,而且發(fā)現(xiàn)繩子自由端移動(dòng)的距離并不等于重物上升高度的2倍而是大于2倍,因此,根據(jù)公式W總=F·S可知,W總隨著α角的增大而增大,故在測(cè)量如圖(C)所示滑輪組機(jī)械效率時(shí)拉力方向始終豎直向上且必須是勻速的。

        通過(guò)利用上述兩種滑輪組的機(jī)械效率測(cè)定發(fā)現(xiàn)當(dāng)拉線從定滑輪出時(shí)應(yīng)考慮彈簧及掛鉤的自重,當(dāng)拉線從動(dòng)滑輪出時(shí)應(yīng)注意拉力的方向和速度。

        過(guò)渡:請(qǐng)看插圖用一個(gè)重為1000N的大型動(dòng)滑輪提升一個(gè)重量為10N的箱子,求該滑輪組的機(jī)械效率為多少?(g=10N/kg)

        想一想:你是否愿意利用該動(dòng)滑輪來(lái)提升較輕的物體,學(xué)生回答:不。因?yàn)闄C(jī)械效率低,那么如何提高機(jī)械效率呢?學(xué)生討論分析得出要提高機(jī)械效率應(yīng)盡可能減少滑輪自重,盡可能減少各種摩擦阻力,那么同學(xué)們的討論結(jié)果是否正確呢?

        探究三:探究滑輪自重對(duì)機(jī)械效率的影響?

        通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析滑輪自重確實(shí)是影響機(jī)械效率的一個(gè)因素,因此提高機(jī)械效率就必須減輕滑輪自重,我們知道滑輪自重不可能無(wú)限減小,那么提高機(jī)械效率是否還有其它途徑呢?

        探究四:探究被提升物體重量對(duì)機(jī)械效率的影響。

        實(shí)驗(yàn)小組用同一滑輪組提升重量不同的物體分別測(cè)定滑輪組的機(jī)械效率數(shù)據(jù)列表如下:

        通過(guò)數(shù)據(jù)分析:實(shí)驗(yàn)小組利用同一滑輪組提升重量不同的物體時(shí),滑輪組的機(jī)械效率也不同,且機(jī)械效率隨著提升物體重量的增加而增加,因此增加提升物體重量同樣也是提高機(jī)械效率的途徑。

        教師對(duì)機(jī)械效率進(jìn)行理論分析:

        3.知識(shí)反饋:

        某同學(xué)利用三種不同的滑輪組來(lái)提升重量不

        同的物體時(shí),測(cè)得物重與機(jī)械效率的關(guān)系如

        下圖所示,那么從G-?圖像中可獲取哪些信息?

        答:1、從a、b、c三條曲線可知滑輪組的機(jī)械效率是隨著重物的增加而增加,在同一滑輪組中W額不變,增加W有從而提高機(jī)械效率。

        2、a、b、c三條曲線均無(wú)限接近100%,說(shuō)明使用滑輪組由于W額的存在?永遠(yuǎn)不會(huì)等于1,即?<1。

        3、從圖像可知在W有(即提升重物G)相同時(shí),使用a曲線對(duì)應(yīng)的滑輪組提升物體時(shí)W額最少,而使用C曲線對(duì)應(yīng)的滑輪組提升物體時(shí)W額最多,因此我們?cè)谏钪袘?yīng)選擇a曲線所對(duì)應(yīng)的滑輪組。

        4.設(shè)計(jì)總結(jié)

        本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)從生活走向物理,從物理走向生活,讓學(xué)生感到知識(shí)就在身邊,身邊蘊(yùn)藏知識(shí),設(shè)計(jì)中尤其注重讓學(xué)生體驗(yàn)經(jīng)歷探究的過(guò)程,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)機(jī)械效率的探究,學(xué)生通過(guò)自己的實(shí)驗(yàn)探究,不但加深了機(jī)械效率概念的理解,而且對(duì)"效率"概念有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí),因?yàn)樵谖覀兩a(chǎn)、生活中處處講效率,處處要提高效率,帶著效率的思考離開(kāi)課堂,走向更大的思維空間。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)九年級(jí)《物理》人民教育出版社

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