“簡單機械”學習指要

鄒麗暉

本章是初中物理力學部分的最后一章，涉及前面所學的力和功的知識，具有一定的綜合性：一方面，要從力的角度認識簡單機械;另一方面，還要從功的角度認識簡單機械.

本章涉及的概念有簡單機械中的杠桿、滑輪（定滑輪、動滑輪、滑輪組）和機械效率（包括總功、有用功、額外功），涉及的物理規(guī)律有杠桿的平衡條件，

關(guān)于平衡狀態(tài).初中物理課程僅涉及“二力平衡”和“杠桿平衡”，對“杠桿平衡”的要求是：通過實驗，探究并了解杠桿的平衡條件，這其中既有實驗探究的要求，又有知識方面的要求，實驗“探究杠桿的平衡條件”也被列為學生必做實驗.

通過本章的學習，同學們應該能正確、合理地使用杠桿、滑輪，以達到改變力的大小和方向的目的：能從生活和生產(chǎn)實際出發(fā)，選擇不同類型的杠桿、滑輪，以達到省力或方便的目的.

關(guān)于杠桿的編排

1.認識杠桿

本章的第1節(jié)的節(jié)首圖通過呈現(xiàn)古人使用杠桿的場景.使同學們感受到杠桿是一種勞動工具.這幅圖和章首圖“機械臂”一起，通過兩個跨越歷史長河的機械的變遷.向同學們展示了人類認識、使用機械的歷史發(fā)展進程.反映人類對機械的不斷探索，這對杠桿概念的引入和情感體驗具有十分重要的意義，隨后，教科書列舉生活中的實例，創(chuàng)設(shè)情景，歸納、概括出杠桿的共同特征，給出了杠桿的五個要素（支點、動力、阻力、動力臂、阻力臂）.

2.經(jīng)歷探究杠桿平衡條件的過程

教科書在提出問題“杠桿在滿足什么條件時才會平衡”后.具體陳述了實驗操作的方法.并給出了記錄數(shù)據(jù)的表格.對數(shù)據(jù)的處理是本實驗的難點.涉及的物理量多，但仔細觀察.就能發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)是有規(guī)律可循的.根據(jù)實驗過程，能夠體會到動力（鉤碼的多少）與動力臂的長短（鉤碼到支點的垂直距離）可能有關(guān)，動力臂越長，需要的動力好像越小……在此基礎(chǔ)上進一步分析，二者很可能是反比的關(guān)系.等等.為了讓同學們真正經(jīng)歷以上探究杠桿平衡條件的實驗過程.教科書對數(shù)據(jù)處理的要求更加開放了.不再給出“對數(shù)據(jù)進行加、減、乘、除等運算，再找出它們之間的關(guān)系”之類的提示.這樣的處理在一定程度上，可以避免“湊數(shù)”的習慣.而讓猜想更符合邏輯、有理、有據(jù)，有利于形成良好的思維習慣.

3.杠桿的應用

杠桿的應用主要反映在根據(jù)杠桿的平衡條件解決實際問題，教科書依據(jù)新聞報道“現(xiàn)代版曹沖稱象”的內(nèi)容.并將之改編為例題.這是一個實際問題.對剛接觸杠桿知識的同學來說，有些難度，因此，題目中做了必要的鋪墊.

杠桿在生活、生產(chǎn)中的應用廣泛，根據(jù)實際需要選擇合適的杠桿會帶來方便，甚至能夠完成無法用手直接完成的工作，為使同學們進一步鞏固對杠桿的認識，教科書在列舉生活實例的基礎(chǔ)上，分析了生活、生產(chǎn)中的三種杠桿——等臂杠桿、省力杠桿和費力杠桿.同學們在學習中應明確三種杠桿的特點及優(yōu)缺點：等臂杠桿不省力不費力，不省距離不費距離：省力杠桿省力，但費距離：費力杠桿費力，但省距離.

關(guān)于滑輪的編排

滑輪是在學習了二力平衡、功和功率、杠桿這些知識的基礎(chǔ)上介紹的.它的有關(guān)內(nèi)容是對功和功率學習的延續(xù).是對簡單機械學習的深化.它為機械效率的學習奠定了基礎(chǔ)，是本章的核心內(nèi)容之一，

教科書首先通過《想想議議》欄目，以有趣的漫畫形式，激發(fā)大家學習滑輪知識的興趣和好奇心.

在“定滑輪和動滑輪”的學習中，重點是通過實驗研究定滑輪和動滑輪的特點.要親身體驗.分別用定滑輪和動滑輪組裝提升重物的裝置，觀察并分析實驗數(shù)據(jù)，找出定滑輪和動滑輪的特點，加深對滑輪的認識，為學習滑輪組做好知識儲備.同時，要通過對比（是否省力、是否可以改變力的方向、是否省距離）找出定滑輪和動滑輪各自的優(yōu)缺點.這樣有利于養(yǎng)成辯證地認識事物的習慣.

在認識到定滑輪和動滑輪的優(yōu)缺點后.很容易認識到定滑輪和動滑輪組合的必要性，對于“滑輪組”的學習.一方面要學會分析和判斷物體由幾段繩子吊著.繩子自由端通過的距離s與物體上升的高度^的關(guān)系、繞線方式等.另一方面可在教科書的基礎(chǔ)上通過實驗進行必要的拓展.為學習滑輪組的機械效率做好鋪墊.另外，《科學世界》欄目介紹了輪軸和斜面兩種常見的簡單機械，可以通過自主閱讀的方式對它們有所了解，

關(guān)于有用功和額外功的引入

機械效率是初中物理學習的一個難點.其原因是多方面的.

第一，由于機械效率問題涉及總功、有用功、額外功等概念，而這些有關(guān)功的概念本身較抽象.

第二.同學們很容易將機械效率的高低與機械省力多少混為一談.誤認為機械越省力其機械效率越高.

第三，同一機械的機械效率的高低，不僅與裝置本身有關(guān).還與機械的具體使用條件有關(guān).同學們往往認為同一機械的機械效率是固定不變的.容易忽視使用條件對機械效率高低的影響.從而產(chǎn)生錯誤.

為解決這些困難，教科書采用演示實驗的方式引入有用功和額外功的概念.先用彈簧測力計將鉤碼緩慢地提升一定高度，計算拉力所做的功W1;然后用彈簧測力計并借助一個動滑輪將同樣的鉤碼緩慢地提升相同的高度，再次計算拉力所做的功W2.之后提問：“這兩次拉力所做的功一樣嗎？為什么？”以上過程，不僅有利于揭示有用功和額外功的實質(zhì)，還會使同學們對W2>W1有直觀的認識.以這一認識為基礎(chǔ)，通過分析、討論，突出使用機械總要做額外功，進而為引出機械效率概念打下基礎(chǔ).

另外，在這個實驗中，提升鉤碼時，用了“緩慢”一詞.這是為了讓鉤碼受到的力是平衡力.同時避免計算拉力所做的功部分轉(zhuǎn)化為動能.而影響了有用功和總功的計算.

通過對機械效率的學習，應認識機械效率的高低是反映機械優(yōu)劣的重要標志之一，進而分析額外功產(chǎn)生的原因，了解提高機械效率的有效途徑.

責任編輯 蔡華杰