《人和機械》設計

《人和機械》教學設計【教學目標】知識和技能1．鞏固機械功的原理；2．能熟練計算機械效率，并知道其代表的物理意義；3．理解功率和機械效率是從不同方面反映機械性能的兩個物理量，它們之間無必然的聯系；4．了解現代機械的發(fā)展水平。過程和方法注意初中舊知識的擴展、遷移。通過舉例和分析來解決重點，突破難點。理解功率和機械效率的不同物理意義。情感態(tài)度與價值觀1．通過對機械效率的學習，領悟到不論什么情況下提高機械效率都是十分重要的，它不僅有很高的經濟價值，還能提高人們的效率意識，而講究效率正是現代人必須具備的基本素質之一。2．樹立崇高的理想，大膽地發(fā)明、創(chuàng)造，以不斷改造人類自己的生存條件，最終達到人與自然的和諧發(fā)展?！窘虒W重點】1．能熟練計算機械效率，并知道其代表的物理意義；2．理解功率和機械效率是從不同方面反映機械性能的兩個物理量，它們之間無必然的聯系?！窘虒W難點】1．理解功率和機械效率是從不同方面反映機械性能的兩個物理量，它們之間無必然的聯系；2．辨證認識智能化機械使用的利與弊?！窘虒W時數】1課時【教學器材】投影儀、投影片、視頻資料、自行車、小型機器人模型等簡單機械。【教學過程】新課導入教師：前面我們已經學習了功率的概念，請同學們回顧一下引入功率這一概念的物理意義是什么？（引發(fā)學生思考，讓學生加深對功率的理解，為更好地了解機械效率與功率的異同服務。）預測學生的回答可能有：1、功率是描述做功快慢的物理量；2、功率大就意味著單位時間內做的功就越多；3、……教師：機械是不是可以隨意地增大自己的功率呢？預測學生的回答可能有：1、不可以隨意地增大自己的功率，任何機械都有一個最大的輸出功率，即額定功率2、可以增大自己的功率，只要加大油門；3、可以增大自己的功率，只要換個發(fā)動機就行了；4、……（引發(fā)學生聯系實際地思考，培養(yǎng)學生的發(fā)散思維能力，又能更好地激發(fā)學生的學習興趣，教師再加以指導，指明加大油門只能是實際功率未達到額定功率時可行，換功率更大的發(fā)動機在實際中不切實可行，除非另行安裝發(fā)動機備用，從而得出不可以隨意地增大自己功率的結論）新課推進一、功率與機械效率教師：功率的大小是衡量一個機械做功能力的重要物理量，功率越大說明該機械單位時間內做的功就越多，那是不是功率越大的機械就越好呢？大家不妨思考這樣一個我們熟悉的例子：是不是學習時間越長的同學，學習成績就越好呢？事實是不一定的，為什么呢？除了要有時間保證，還要有科學的學習方法，有較高的學習效率才可以。由此聯想到機械做功是否也有一個效率問題呢？（提出懸念，引發(fā)思考，讓學生在初中學習的機械效率基礎上，通過閱讀教材P16內容，經過思考、整理、歸納得出結論，實現初、高中物理知識的銜接和平穩(wěn)過渡。）1.機械效率的計算：η=（板書）教師：如何理解“機械效率”呢？請舉例說明有用功、額外功和總功。預測學生結合初中所學可能列舉的實例有：（1）利用滑輪組在豎直方向提高重物，克服重物的重力所做的功是有用功，即W有用=G物h；克服滑輪與其轉軸之間的摩擦力做功、克服動滑輪及繩子重力所做的功是額外功。（2）利用滑輪組在水平方向勻速移動物體，克服物體所受阻力做的功是有用功，即W有用=f阻s；克服滑輪與其轉軸之間的摩擦力做功是額外功。（3）利用滑輪組在斜面上移動重物，克服重物的重力所做的功是有用功，即W有用=G物h；克服滑輪與其轉軸之間的摩擦力做功、克服動滑輪及繩子重力所做的功是額外功。（4）……說明：對學生所舉的各種實例可能有問題或不完整，教師應鼓勵學生在交流中補充完善自己的認識。教師：上述實例中，我們把重物提高到一定高度，或在水平、斜面上使重物移動一定的距離，就是我們使用簡單機械的目的，對使用機械是有利用價值的，所做的功是有用功；而滑輪組克服滑輪與其轉軸之間的摩擦力做功、提升重物過程中克服動滑輪及繩子重力所做的功等是額外功；作用在機械上的動力對機械做的功就是總功，即W總=F動s，或W總=W有用+W額外。教師：機械效率是不是總小于1？學生經分析不難得出正確的答案：是的，因為W有用總是要小于W總。教師：引入機械效率的物理意義是什么？它和功率又有什么區(qū)別呢？（提出問題，引發(fā)思考和比較，讓學生通過閱讀教材P16～P17內容，經過思考、歸納、自主得出結論，體現新課程中提倡的自主性學習。）2.功率和機械效率的區(qū)別：功率是表示做功的快慢；機械效率是表示機械對總能量的利用率。它們之間沒有什么必然的聯系。（板書）教師：機械效率是表示機械做功或利用機械實現能量轉化的有效程度的物理量，機械效率越高，有用功所占的比例就越多，額外功所占的比例就越少，同學們能否找到提高機械效率的例子呢？（讓學生列舉例子，并歸類總結）預測學生可能列舉的實例有：（1）在建筑工地上把一車水泥運到樓頂，采用吊車比工人用手搬運省時、省力，提高工作效率。（2）用水泵抽水比人工提水灌溉農田省時、省力，提高工作效率。（3）乘自動扶梯或電梯上樓比直接走上樓更省時、更輕松。（4）……二、機械的使用1、機械使用的意義教師：我們生活中無處不在使用著機械，可以說人類已經很難離開機械了，那么人類使用機械的目的是什么呢？預測學生的回答可能有：（1）可以代替人力做功（2）可以完成超越人力的工作（3）可以使人們的工作變得更輕松更有效率（4）……說明：讓學生通過思考自己身邊所熟悉的問題，認識機械的使用和人們的生活息息相關，從而認識到提高機械效率具有十分重要的意義，增強效率意識。2．學生進行交流活動教師：同學們能聯系實際說說使用機械的好處嗎？將學生分為若干小組，每組各找一個熟悉的機械為研究對象，并進行交流總結所研究的機械使用的妙處，最后每組選一個代表總結小組研究的成果。（激勵積極思考，尋找熟悉的機械使用例子，體驗合作交流學習方法的益處，拓寬各自的知識面，感受得出研究成果的喜悅，達到內化知識，提升能力，培養(yǎng)學生應用物理知識解決實際問題能力，促進學生各方面的發(fā)展，提高學生學習的興趣。）3．知識拓展接著教師播放視頻介紹現代機械的發(fā)展，播放結束后進行總結：毫無疑問，智能化機械的使用給人類帶來了很多的便利，但如果不能合理地利用這些成就，也同樣會給人類帶來危害。你能想象嗎？在醫(yī)院的手術臺前，機器人在為病人做開顱手術；在遠離地球的月球表面，機器人在代替人類采集月球標本；在未來的戰(zhàn)場上，可能有一種體積宛如昆蟲的武器，竟能使一座城市的電力全部癱瘓……這些并非是科學幻想，而是正在或將要成為現實。機器人是人類創(chuàng)造的一種機器，也是人類創(chuàng)造的一個偉大奇跡，機器人的出現滿足了人類的一種幻想。這就是說，在某些方面，機器人具有超人的能力。那么，目前世界上機器人技術發(fā)展到了一個什么樣的水平，又在哪些領域得到應用？在機器人時代向我們走來的同時，讓我們走進機器人，了解一下機器人的世界吧！被稱為人類生活和生產“最忠實的伴侶”的機器人，近幾年來取得飛速發(fā)展，引起世人的關注。經過近幾十年的發(fā)展，機器人已初步形成了一個近百萬人的“王國”，機器人發(fā)展迅速、種類繁多，國際上依據其技術特點和規(guī)模大小的不同，對它們進行了分類。1990年在工業(yè)機器人國際標準大會上把機器人分為四類：（1）順序型。很多固定作業(yè)的裝配機械手都屬于此類。（2）沿軌道作業(yè)型。這類機器人能執(zhí)行受控過程。（3）遠距離作業(yè)型。這類機器人可接受遙控，對操作者的行為反應可通過編程實現，應用于核工業(yè)、真空、宇宙、海洋開發(fā)等應用領域。（4）適應型或者智能型。它們具有感知、適應或學習功能。具體可分為工業(yè)機器人、農業(yè)機器人、特種工作機器人、醫(yī)療機器人、體育機器人、講解機器人、服務機器人、戰(zhàn)場機器人、“小人國”機器人等等，其中“特種機器人”又可分為太空機器人、核工業(yè)機器人、深海機器人以及救災機器人等。在這個機器人王國中，目前主要成員是工業(yè)機器人，它占總數的70﹪以上，全球正在工作的工業(yè)機器人共有74萬，我國有3000臺左右。這只新興工業(yè)大軍的形成，必將為人類的工農業(yè)生產作出突出貢獻。工業(yè)機器人已經廣泛地應用于各種自動化的生產線上，它是機器人家族中最重要的成員。最初主要是為了解決工業(yè)生產中的自動化問題，由機械手臂、控制裝置、機座、能源裝置和驅動裝置等幾部分構成。工業(yè)機器人大部分在汽車制造、電子、機械等行業(yè)從事焊接、油漆、裝配、包裝、零件加工、搬運等專業(yè)性工作。機器人是人類創(chuàng)造的一種特殊機器，在生產和生活等方面，特別是在危險和極限環(huán)境作業(yè)中，有著廣泛的應用前景。機器人正發(fā)展成為一個龐大的家族，代替人們從事各種各樣的工作?？傊?，智能機器人已經發(fā)展到了非常驚人的地步，相信，不久的將來會有更多的機器人活動在我們的平常生活中。三、小結（多媒體展示）1.功率和機械效率是從兩個不同方面反映機械性能的兩個物理量，它們之間沒有必然的聯系，前者表示做功的快慢，后者表示機械對總能量的利用率。2.機械的使用給人類帶來了很多的便利，但如果不能合理地利用，也同樣會給人類帶來危害?？傊?，我們要不斷積極地去探索自然規(guī)律，并應用這些規(guī)律大膽地發(fā)明和創(chuàng)造，不斷改善人類自己的生存，并最終達到和自然和諧發(fā)展。【案例評析】本節(jié)課教學設計注重更多地和生活實際相聯系，讓學生通過學習明確機械的使用就是為了代替人力做功，鼓勵學生認真了解和認識身邊的機械，而且在教學過程中介紹了各種各樣的機器人，調動了學生自主學習的積極性和主動性，激發(fā)了學生學習的積極性，教學設計注意體現物理學的價值，提高學生理論聯系實際、解決實際問題能力，在教與學過程中促進學生科學的價值觀和世界觀形成。本設計從學生熟悉的實例出發(fā)引導學生進一步的思考，發(fā)現問題，然后通過實例分析揭示問題的本質；學生在學習的過程中充滿問題意識和創(chuàng)新意識，有效培養(yǎng)了學生的觀察能力和探究問題的能力。針對學生初學“機械效率”時，往往對概念陌生難懂，思維不通、前后矛盾，甚至與“功率”相混淆，教師利用身邊常見的現象，通過分析闡述，幫助學生理解機械效率的物理含義，認識機械效率的高低是反映機械性能優(yōu)劣的重要指標之一，通過剖析