時間：2023-05-29 17:47:08
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機械效率，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
《機械效率》這節(jié)課主要包括建立有用功、額外功和總功的概念及理解機械效率兩大方面的內(nèi)容。它既是前面功及功的原理知識的延伸，又是探究斜面機械效率的基礎(chǔ)。因此，它的地位就顯得較為重要。
一、對三種功概念理解的處理
想要學(xué)生理解機械效率的物理含義以及計算機械效率，就必須使學(xué)生分清楚哪部分功是有用功，哪部分功是額外功，或者哪個力做的功是有用功，哪個力做的功是額外功，哪個力做的功是總功。對于初學(xué)機械效率的學(xué)生來說，并不是一件容易的事，往往在對概念的理解上就存在著一些問題。基于這一點，在引入概念的環(huán)節(jié)，由教師演示實驗中直接用手拉和用動滑輪拉所做的功，引導(dǎo)學(xué)生分析計算兩次做功的不同，從而引出有用功、額外功、總功的概念。同時，讓學(xué)生討論：用水桶從井中提水的時候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是額外功？如果桶掉到井里，從井里撈桶的時候，撈上的桶里帶了一些水，這種情況下哪部分是有用功，哪部分是額外功？通過討論，既讓學(xué)生掌握了基本概念，又讓學(xué)生能熟練應(yīng)用所學(xué)知識來解決實際問題。通過實例，幫助學(xué)生辨析什么是有用功，什么是總功。只有把它們辨析清楚了，對機械效率的應(yīng)用才不會出現(xiàn)問題。因此，本節(jié)教學(xué)設(shè)計中有用功、額外功、總功所用時間較多。
二、對機械效率的處理
在學(xué)習(xí)了有用功、額外功、總功的概念后，開始對現(xiàn)實案例中的有用功、額外功、總功進(jìn)行分析，讓學(xué)生對教材中插圖的三種搬砂方案中的額外功進(jìn)行比較，將三種方案的優(yōu)劣進(jìn)行比較，自然地過渡到機械效率這個知識點。在機械效率這個知識點上，按“定義公式例題練習(xí)現(xiàn)實中的機械效率分析”物理知識點學(xué)習(xí)的一般順序進(jìn)行。同時又安排了例題和練習(xí)題熟悉和鞏固機械效率的公式和使用。
三、對影響斜面機械效率因素的處理
對于斜面這種經(jīng)常使用的機械，雖然學(xué)生對它知道的很多，但是它的機械效率是多少卻不知道，影響斜面機械效率的因素有哪些也不知道。因此，應(yīng)該讓學(xué)生進(jìn)行探究性的研究，以便使學(xué)生進(jìn)一步理解使用機械省力不省功的道理。
在課堂上引導(dǎo)學(xué)生提出問題后，讓學(xué)生擬定簡單的科學(xué)探究計劃和實驗方案，獨立完成探究過程。讓學(xué)生通過實驗探究，培養(yǎng)交流與合作精神，通過實驗來驗證自己的猜想，培養(yǎng)學(xué)生相信科學(xué)、尊重科學(xué)的良好品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和動手能力。通過結(jié)合具體生活事例，讓學(xué)生更容易理解機械效率的意義和影響機械效率的因素，又可從中學(xué)會分析提高機械效率的方法。
這節(jié)課的不足之處：在探究實驗的環(huán)節(jié)，我沒有把課堂真正還給學(xué)生。學(xué)生的主體作用沒有充分體現(xiàn)出來。在實驗時，我總是強調(diào)讓學(xué)生按照教師的要求去做。又由于課堂上的時間比較緊張，僅僅讓學(xué)生完成了斜面機械效率與斜面傾斜程度的關(guān)系，而沒有完成斜面機械效率與粗糙程度以及與所拉物體重力的關(guān)系，所以導(dǎo)致學(xué)生在做練習(xí)的時候，斜面機械效率這一塊仍是弱項。上好一節(jié)課必須備好課，要備好課就應(yīng)該多聽聽有經(jīng)驗教師的課，多學(xué)習(xí)他們的好方法、好經(jīng)驗。
（作者單位 吉林省通化縣二密鎮(zhèn)中學(xué)）
1. 功――用來表示力使物體的能量變化了多少的物理量
我們知道力有兩種作用效果： 一是改變物體的形狀；二是使物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變. 其實，從能量的角度說，力還有改變物體能量的效果. 例如： 使物體速度變化――動能變化；使物體高度變化――重力勢能變化；使物體形狀變化――彈性勢能變化等等. 物體能量發(fā)生變化的多少，在物理學(xué)中用“功”來表示這種“變化量”. 如果物體在力的作用下動能或勢能發(fā)生了變化，就說力對物體做了功. 力使物體的動能或勢能改變越大，力對物體做的功也就越多. 概括地說， 功是用來表示力使物體的能量變化了多少的物理量. 要知道力對物體做了多少功，就看它使物體的能量改變了多少.
進(jìn)一步的研究表明，力對物體做功的多少，與力的大小和物體沿力的方向移動距離的大小有關(guān). 使物體移動相同的距離，所用的力越大，力做的功越多；或者，對物體施加相同的力，使物體沿力的方向移動的距離越大，力做的功越多. 于是，物理學(xué)中把功的涵義具體為： 力和在力的方向上移動的距離的乘積稱為功. 這樣也就很自然地有了計算做功多少的方法，寫成公式就是：
W=Fs.
根據(jù)上述，可以獲得一種具體判斷力是否對物體做功的方法： 一是看有沒有力作用在物體上；二是看物體有沒有沿力的方向移動距離. 兩者缺一不可.
2. 功率――表示做功快慢的物理量
做功使物體的能量改變（使物體的能量發(fā)生轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移） ，其過程是有快有慢的. 做同樣多的功，花的時間越少說明做功越快；或者，在相同時間內(nèi)，做功越多說明做功越快.
如何表示做功的快慢呢？不妨想一想運動的快慢是怎樣表示的. 物體單位時間內(nèi)運動的路程叫做速度，速度越大說明運動越快；類似地，單位時間內(nèi)所做的功稱為功率，功率越大說明做功越快. 功率的公式在形式上也與速度公式類似，功率的計算公式是：
3. 理解機械效率，關(guān)鍵是理解“有用功”、“額外功”和“總功”
很多情況下，人們并不是直接對物體做功，有時為了省力，有時為了方便，甚至是為了安全，往往是利用機械來做功. 當(dāng)利用機械做功時，有一個很重要的問題值得研究：
例如，用水桶從井中向上提水，水桶是提水的機械. 其目的很明確，就是要把一定量的水從井里取上來，必須克服水的重力做功，這是為了把水取上來必須做的功. 物理學(xué)中，把“為了達(dá)到某種目的”必須做的功叫做有用功. 但是，因為使用了水桶，于是你在提水過程中不但要對水做功，也要對水桶做功，這是不可避免的. 從提水這個“目的”看，提水桶就成了“不可避免的額外負(fù)擔(dān)”. 物理學(xué)中，把不希望做但又不得不做的功稱為額外功. 在提水的例子中，把水桶提上來做的功就是額外功.
在提水的例子中，人的提力既要對水做功，同時也要對水桶做功，即包括了“有用功”和“額外功”，所以把人的提力做的功稱為總功. 三者的關(guān)系為： W總=W有用+W額外.
使用機械做功時，額外功是不可避免的. 但是人們總有這樣的愿望： 努力使機械多做有用功，盡可能少做額外功，即希望有用功占總功的比例越大越好. 于是，物理學(xué)中把“有用功與總功的比值”稱為機械效率，即η=×100%.
4. 影響機械效率大小的因素
從一些簡單的例子看： 例如，用水桶提水，水桶越重需要做的額外功就越多；又如，用動滑輪或滑輪組提升重物，動滑輪越重，需要做的額外功也越多. 這說明，機械的自重是影響機械效率的因素之一. 有些機械在工作時，由于做相對運動或者繞軸轉(zhuǎn)動，會受到摩擦阻力，而摩擦阻力越大需要做的額外功也越多，所以摩擦阻力也是影響機械效率的因素之一. 因此，我們可以從減少機械自重和機械工作時的有害摩擦阻力這兩個方面來提高機械的效率. 當(dāng)然，在實際問題中，機械自重和有害摩擦總不可能減小到?jīng)]有的程度，所以機械效率總是小于1的.
機械效率大小還與機械的工作情況有關(guān). 舉個例子說： 一個大型起重機，它上面的滑輪組很笨重. 不論提升的物體輕重，總是要把笨重的動滑輪提起來. 你說，用它把幾噸的物體或幾千克的物體提起相同的高度，機械效率會一樣嗎？當(dāng)然是提起幾噸物體時的機械效率大. 因為，兩種情況所做的額外功一樣，而提起幾千克的物體時做的有用功卻很少，所以這種情況下的機械效率就比較小.對于一個機械來說，越是充分利用它的能力，它的機械效率就越大. 比如滑輪組，在它能承受的范圍內(nèi)，提升的物體越重，機械效率就越大.
5. 一個不可違背的自然法則――功的原理
很多事實說明，要想得到某種“利益”，必須付出比“利益”還要大的“代價”，至少是與“利益”等同的“代價”. 要想“少付出”而“多獲得”是不可能的.
例如，使用機械時，要想省力（這是希望得到的“利益”） ，那就要多移動距離（這是必須付出的“代價”） ；反過來，如果不惜付出費力的“代價”，那么相應(yīng)的也會得到省距離的“實惠”. 但是，既想省力又要省距離是不可能的. 力和距離是與做功相關(guān)的，省力就要費距離，費力就會省距離，其實質(zhì)就是不可能少做功. 這反映了自然界的一個基本法則――使用任何機械都不省功. 物理學(xué)把這個法則稱為功的原理.
“不省功”包含兩層意思： 一是，使用機械做功與直接做功相等，這是理想情況，現(xiàn)實生活中不存在；二是，在實際情況中，因為不可避免地要做額外功，所以使用機械做功比直接做功還要多. 這與上面說到的“機械效率總是小于1”是一致的.
二、 應(yīng)用與實踐
例 1 如圖1表示一個樓梯，樓梯上面是一個平臺. 樓梯的斜坡長L=5m，平臺高h(yuǎn)=4m，平臺長s=3m. 某人手提質(zhì)量為25kg的水桶沿樓梯勻速上樓，并走到平臺右端. 整個過程中人做了多少功？（g=10N/kg）
解析 人提水桶的力是：
F=G=mg=25kg×10N/kg=250N.
人沿樓梯上樓走的是斜坡，但是提力的方向豎直向上，所以水桶沿提力方向移動的距離是樓梯的高度. 于是，人沿樓梯上樓做的功為： W=Fs=Fh=250N×4m=1000J.
當(dāng)人提水桶沿平臺行走時，由于提力方向豎直向上，而水桶在水平方向移動，所以提力對水桶不做功.
于是，整個過程中人所做的功就是1000J.
【關(guān)鍵詞】設(shè)計思想 教學(xué)設(shè)計 驗證猜想 知識反饋 設(shè)計總結(jié)。
1.設(shè)計思想
本教學(xué)設(shè)計首先從影響滑輪組機械效率注意事項入手進(jìn)行實驗探究，并在此過程中理解實驗在科學(xué)探究中的作用，通過分析、觀察、測量、比較、收集證據(jù)，作出解釋，然后提出新的課題--如何提高機械效率，鼓勵學(xué)生學(xué)以致用，解決實際問題，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，培養(yǎng)了學(xué)生的探究意識，激發(fā)了他們的創(chuàng)新能力。
2.教學(xué)設(shè)計
總是小于1。那么產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是什么？
是測量錯誤還是測量誤差？學(xué)生討論：有些學(xué)生認(rèn)為
是讀數(shù)時產(chǎn)生的測量誤差。帶著這個想法重新回到 （1）
實驗發(fā)現(xiàn)所測機械效率還是大于100%。那么是不是測量錯誤呢？測量錯誤又是怎樣產(chǎn)生的呢？
演示：老師將如圖A所示的彈簧秤倒立過來如圖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：既然當(dāng)彈簧秤向下拉時由于彈簧及掛鉤自重影響
滑輪組機械效率的測量，為了避免由于彈簧自重而帶來的測量錯
誤，我們應(yīng)將彈簧秤向上拉。隨后實驗小組利用如圖（2）所示
通過數(shù)據(jù)分析實驗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械效率不同呢？
探究二：拉力的方向?qū)喗M機械效率的影響
通過（1）（2）兩次數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，拉力F的大小不同，自由端移動的距離不同，為什么不同？讓學(xué)生帶著這個問題重新回到實驗發(fā)現(xiàn)
在做第一次和第二次實驗過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導(dǎo)致什么不同呢？學(xué)生猜想：動力臂與阻力臂的比值不同。驗證猜想，如下圖所示當(dāng)拉力方向分別與豎直方向成00、300、450、600角的情況下此時動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：動力
×動力臂=阻力
×阻力臂可知當(dāng)
拉力方向與豎直
方向成300、450、600角時拉力F分別為物重的 、 、1倍，因此當(dāng)豎直向上拉時拉力F= （G+G輪）/2（忽略磨擦阻力）當(dāng)斜向上拉時，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，故在測量如圖（C）所示滑輪組機械效率時拉力方向始終豎直向上且必須是勻速的。
通過利用上述兩種滑輪組的機械效率測定發(fā)現(xiàn)當(dāng)拉線從定滑輪出時應(yīng)考慮彈簧及掛鉤的自重，當(dāng)拉線從動滑輪出時應(yīng)注意拉力的方向和速度。
過渡：請看插圖用一個重為1000N的大型動滑輪提升一個重量為10N的箱子，求該滑輪組的機械效率為多少？（g=10N/kg）
想一想：你是否愿意利用該動滑輪來提升較輕的物體，學(xué)生回答：不。因為機械效率低，那么如何提高機械效率呢？學(xué)生討論分析得出要提高機械效率應(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：探究滑輪自重對機械效率的影響？
通過實驗數(shù)據(jù)分析滑輪自重確實是影響機械效率的一個因素，因此提高機械效率就必須減輕滑輪自重，我們知道滑輪自重不可能無限減小，那么提高機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機械效率的影響。
實驗小組用同一滑輪組提升重量不同的物體分別測定滑輪組的機械效率數(shù)據(jù)列表如下：
通過數(shù)據(jù)分析：實驗小組利用同一滑輪組提升重量不同的物體時，滑輪組的機械效率也不同，且機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械效率的途徑。
教師對機械效率進(jìn)行理論分析：
3.知識反饋：
某同學(xué)利用三種不同的滑輪組來提升重量不
同的物體時，測得物重與機械效率的關(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有從而提高機械效率。
2、a、b、c三條曲線均無限接近100%，說明使用滑輪組由于W額的存在？永遠(yuǎn)不會等于1，即？
3、從圖像可知在W有（即提升重物G）相同時，使用a曲線對應(yīng)的滑輪組提升物體時W額最少，而使用C曲線對應(yīng)的滑輪組提升物體時W額最多，因此我們在生活中應(yīng)選擇a曲線所對應(yīng)的滑輪組。
4.設(shè)計總結(jié)
本實驗設(shè)計從生活走向物理，從物理走向生活，讓學(xué)生感到知識就在身邊，身邊蘊藏知識，設(shè)計中尤其注重讓學(xué)生體驗經(jīng)歷探究的過程，引導(dǎo)學(xué)生對機械效率的探究，學(xué)生通過自己的實驗探究，不但加深了機械效率概念的理解，而且對"效率"概念有進(jìn)一步的認(rèn)識，因為在我們生產(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課堂，走向更大的思維空間。
1．掌握功的兩必要因素及其關(guān)系是理解是否做功的關(guān)鍵
物體做功有兩個必要因素：一個是作用在物體上的力（F），另一個是物體在這個力的方向上移動的距離（s）。（1）有力作用在物體上，但物體不動，也就是在力的方向上沒有通過距離，這時力對物體不做功或者說做功為零。（2）有距離通過，但在沿距離方向沒有力的作用，這時力對物體也沒有做功，或者說做功為零。（3）力與距離垂直時，這個力對物體也不做功。也就是說力的方向跟物體運動的方向相互垂直，力不做功。例如：人提著物體在水平路上勻速前進(jìn)，提升物體的力沒有通過距離，不做功或者做功為零，物體的重力對物體也沒有做功。（4）力F與物體移動的距離s成某一角度（不垂直）時，力對物體是做功的。這點對初中學(xué)生不做要求，在高中、大學(xué)階段會繼續(xù)學(xué)到。
2．掌握做功的定義及其公式是求解做功問題的保證
（1）功的定義；物理學(xué)中，把力F與在力的方向上移動的距離s的乘積叫做功。
（2）定義式為：W=Fs。
（3）各物理量的國際單位：
W代表功 單位是焦耳（J），F(xiàn)代表力 單位是牛頓（N），s代表距離（m）。
3．利用功的公式計算時應(yīng)注意的問題
利用W=Fs進(jìn)行計算時，一定要注意力F和距離s的一一對應(yīng)的關(guān)系，即距離s是在力F作用下且沿力的方向上移動的距離。其次，一定要注意F和s的同時性，即在計算做功多少時，一定要搞清s是否是F始終作用下運動的距離。比如用60 N的力將一重為8 N的物體踢出20 m遠(yuǎn)，這20 m不是在腳的力的始終作用下運動的，在求腳對物體做功時，不能表示為W=Fs=60 N×20 m=1200 J。
4．例題賞析
例題：看圖回答問題。
問題：老爺爺提著水桶水平移動，請問他對水桶做功了嗎？
回答：_______________________。
解答：老爺爺對水桶沒有做功。或者答為老爺爺對水桶做功為0。
答題思路：有距離通過，但在沿距離方向沒有力的作用，這時力對物體也沒有做功，或者說做功為零。
二、機械效率問題
1．掌握有用功、額外功、總功的物理含義及其關(guān)系是解決機械效率問題的基礎(chǔ)
（1）有用功：為了達(dá)到某一目的而必須做的功，W有用=Gh。
（2）額外功：并非人們需要，但又不得不做的功，W額=W總-W有用。
（3）總功：有用功與額外功之和，W總=W有用+W額。
2．掌握機械效率定義及其公式是求解機械效率的保證
（1）定義：有用功跟總功的比值叫做機械效率。
（2）公式：η=■×100%。
（3）機械效率沒單位，用百分?jǐn)?shù)表示。
3．常見機械的機械效率求解辦法
先求出有用功W有=G?h，再求總功W總=F? s，最后根據(jù)機械效率定義式求出斜面的機械效率η=■。
4．提高機械效率的方法
（1）改進(jìn)機械結(jié)構(gòu)，盡量減少機械自重。
（2）合理使用機械，定期保養(yǎng)，減少各種摩擦。
【關(guān)鍵詞】機械效率；做功；提升；拖動
《機械效率》這節(jié)的關(guān)鍵是正確理解總功、有用功、額外功三個概念。而學(xué)生在此之前只是認(rèn)識了什么是功，并且有不少學(xué)生對功的理解也只是達(dá)到一個淺薄的水平，即：功 = 一個力 × 一個距離。因此當(dāng)學(xué)生遇到“機械效率”中的多個力和多個距離時，就像無頭的蒼蠅，不知如何是好，或者是亂牽羊，隨便找個力和距離相乘就完事了。所以教師就必須幫助學(xué)生正確的建構(gòu)總功、有用功、額外功這三個概念。以下是我結(jié)合自己多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗總結(jié)出的一套自認(rèn)為有效可行的教學(xué)方法。
教材和新課標(biāo)中對機械效率的要求并不是很高，而初中階段所涉及到的各類實際機械效率問題雖然各種各樣，但萬變不離其宗。我結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和實際水平，將各類機械效率問題簡單的分為了兩種情況。即：（一）豎直提升工作。（二）水平拖動工作。
（一） 豎直提升工作。
學(xué)習(xí)機械效率問題時經(jīng)常遇到使用各種簡單機械（滑輪組、杠桿、起重機）在豎直方向上提升某個重物的工作。這類問題中涉及到作用在繩端的動力，被提升重物的重力，動滑輪自身重力和繩與滑輪間的摩擦力等多個力。涉及到的距離有：繩子自由端移動的距離和重物在豎直方向上移動的距離。剛開始學(xué)生搞不清的是不知道哪個力做的功是總功，哪個力做的功是有用功，哪個力做的功是額外功。此時教師就必須幫助學(xué)生搞清此類工作的目的是什么？如何去完成這項工作？
首先告訴學(xué)生此類工作的目的是將重物在豎直方向上提升或降落，就必須克服物體的重力來做功，因此克服被提升的重物的重力做的功就是有用功。即：W有= FS = G物× S物 （其中S物是物體在豎直方向上移動的距離）。下一個告訴學(xué)生在操作簡單機械完成提升工作的過程中，必定有一個原動力施加在簡單機械上，這個力就是作用在繩子自由端的動力。只有這個力的存在才能順利操作簡單機械完成提升工作。因此這個原動力做的功就是總功。即：W總= F動×S動 （其中S動時繩子自由端移動的距離）。接下來教師要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到在提升重物的同時，動滑輪也被提升了。也就是說在做這項工作的同時，也克服動滑輪的重力做了部分功，做這部分功并不是這項工作的目的，但又是不能不做的（其中也有克服繩與滑輪間的摩擦做的功）。這部分功就是額外功，即：W額 = G輪× S輪。
典型例題分析：
例1：用如圖1所示的滑輪組提升木箱，摩擦不計，木箱重為100N。當(dāng)作用在繩端的拉力為40N時，木箱被勻速提升1m。
（1）據(jù)題目的條件，你能求出幾個物理量？把它們求出來。
（2）拉力F做180J的功，可使物體上升多高？
分析思路： 此例題比較開放，解決的關(guān)鍵是先認(rèn)清這屬于豎直提升工作。因此克服物體重力做的功為有用功：W有= G物× S物 = 100N × 1m = 100J而作用繩端的動力做的功即為總功：W總= F動×S動 = 40N × 3m = 120J那額外功是：W額 = W總 ―W有，再由W額 = G輪× S輪 求解出G輪。那機械效率就更容易得出：η = W有/ W總
解：（1）問題1：所做有用功是多少？
因提升木箱過程中要克服木箱重力做功，
所以W有= G物× S物 =100N × 1m = 100J
問題2：所做總攻是多少焦？
由圖1可得木箱被提升h= 1m時，繩端拉動S= 1m × 3=3m
W總= F動×S動= 40N × 3m = 120J
問題3：所做額外功是多少？動滑輪重多少牛？
W額 = W總 ―W有 = 120J 100J =20J
由W額 = G輪× S輪 得G輪= W額/ S輪= 20J/1m = 20牛
問題4：機械效率是多大？
η = W有/ W總 = 100J/120J= 83.3%
(2)因為拉力做功為總攻，即：W總= 180J
所以由W總= F拉×S
得：S = W總/ F拉 = 180J/40 N = 4.5m
注意：利用斜面來提升物體做功也屬于在豎直提升工作，分析思路基本與用滑輪組提升物體相同，
（二） 水平拖動工作。
學(xué)習(xí)機械效率問題時也經(jīng)常遇到使用各種簡單機械在水平方向上拖動物體的工作。如：利用滑輪組水平拖動汽車。這類問題中涉及到的力有：作用在繩端的動力，被拖物體與地面的摩擦力、被拖物體的重力、繩與滑輪間的摩擦力等。涉及到的距離有：：繩子自由端移動的距離和重物在水平方向上移動的距離。如何在這多個力與距離中分析出總功、有用功和額外功呢？問題的關(guān)鍵還是要落腳的工作目的上來。教師先引導(dǎo)學(xué)生搞清水平拖動工作的目的是將某物在水平方向上拖動距離，而在水平方向上拖動就必須要克服物體與地面間的摩擦力，因此做功時克服摩擦力做的功就是有用的功，即：W有= FS =f摩× S物 （其中S物是物體被拖動的距離）。接著就是考慮是哪個力操作簡單機械來做功的？那自然是作用在繩子自由端的原動力了，這樣學(xué)生就很自然的明白是這個動力做的功就是總功了，即：W總= F動×S動 （其中S動時繩子自由端移動的距離）。那克服哪個力做的功是額外功呢？很明顯在做以上功的過程中，克服繩與滑輪間的摩擦力做的功是額外功。最后值得注意的是物體沒有在豎直方向上發(fā)生位移，沒有克服物體重力做功，因此物體自身的重力在此類問題中就不能使用。
典型例題分析：
例2用如圖10－17的滑輪組水平地拉動物體．已知物重為1000N，物體與地面間的摩擦力是240N，當(dāng)繩端的拉力是100N時物體以0.5m／s的速度勻速移動．求：（1）人拉繩端的移動速度；（2）滑輪組的機械效率。
分析思路：首先認(rèn)清這是水平拖動工作。因此克服物體與地面的摩擦力做的功為有用功：W有=f摩× S物 。作用在繩端的動力做的功為總功：W總= F動×S動 。這個題中的物重1000N是沒有用的。
解：（1）由圖可得繩端移動距離S繩 = 3S物
所以繩端移動速度V繩 = 3V物 = 3×0.5m／s = 1.5 m／s
（2）η = W有/ W總= f摩× S物 / F拉×S繩= f摩× S物 / F拉×3S物
一、實驗裝置的考查
測滑輪組的實驗需要的實驗器材有滑輪組、鐵架臺、彈簧測力計、刻度尺。在滑輪組的實驗裝置中一般會給出一定數(shù)量的動滑輪和定滑輪，并提出改變拉力方向（圖1甲）、最省力的繞線（圖1乙）、拉力向某個方向的要求，要求畫出繩子的繞法。
二、實驗步驟及操作的考查
按組裝圖把實驗器材裝配好后；用彈簧測力計測量出重物的重力G；在動滑輪下面掛上重物，并分別記下重物和彈簧測力計的位置；勻速豎直向上或向下拉彈簧測力計，使重物上升一段距離，讀出彈簧測力計的讀數(shù)F；用刻度尺分別量出重物上升的距離h和繩的自由端移動的距離s；由測得的數(shù)據(jù)，根據(jù)η==計算出滑輪組的機械效率。實驗過程中關(guān)鍵要勻速向上或向下拉彈簧測力計，使讀數(shù)更加穩(wěn)定；讀數(shù)時還要關(guān)注彈簧測力計的朝向不同時的讀法，如圖2甲圖彈簧測力計的讀數(shù)是2.4N，圖2乙圖彈簧測力計的讀數(shù)是2.8N。
三、數(shù)據(jù)分析的考查
圖2中D為鋁制滑輪，E為鐵制滑輪，其他滑輪都是塑料制造的。根據(jù)圖2所示裝置做了8次實驗，數(shù)據(jù)記錄如下表：分析第1和2次的實驗數(shù)據(jù)可知滑輪組的機械效率與鉤碼上升的高度無關(guān)。分析1、3、4三次的實驗數(shù)據(jù)可以得出同一滑輪組的機械效率與物重有關(guān)或成正比；根據(jù)η==，用同一滑輪組對不同的物體做功時，其額外功不變，重物越重時做的有用功越多，機械效率越高。根據(jù)以上分析也能說明“同一個機械，它的機械效率是一個定值”是錯誤的。分析1、5、6或1、7可知滑輪組的機械效率與動滑輪自身的重力有關(guān)；或提升同一物體，動滑輪越重（1、5、6都是一個動滑輪，但由于材料不同，導(dǎo)致重力不同；1和7是同種材料的動滑輪，F(xiàn)的動滑輪個數(shù)比A多），滑輪組做的額外功越多，機械效率越低。對比第1和8兩次實驗數(shù)據(jù)，可知同一滑輪組機械效率與繩子繞法無關(guān)，因為η==，對同一個物體做功時，所做的有用功是相同的，做的額外功也是相同的，所以同一滑輪組在不同繞線時的機械效率也是相同的，但此時它們的拉力不相同。進(jìn)一步分析可知，在動滑輪和繩重一定的情況下，該滑輪組的機械效率與物重和摩擦有關(guān)。
四、提高機械效率的考查
提高機械效率主要采用增大有用功和減小額外功的辦法，增大有用功采用增大物體重力的方法。減小額外功采用減輕動滑輪和繩的自重、減小輪和軸間的摩擦。
五、機械效率計算的考查
機械效率的計算是每年的必考項目，在選擇題、填空題、實驗題和計算題都會出現(xiàn)。實驗的考查主要在分析數(shù)據(jù)和填空中出現(xiàn)，關(guān)鍵要分析清楚誰在做有用功、額外功和總功，例如計算上表第7次實驗的機械效率并填入表格中，η====66.67%。
一、課前復(fù)習(xí)要做到有的放矢，目的在于為新課做鋪墊
在每節(jié)課的起始環(huán)節(jié)，適當(dāng)?shù)膹?fù)習(xí)鋪墊是很不可忽略的。復(fù)習(xí)鋪墊的關(guān)鍵在于把握住知識重點，激活學(xué)生相關(guān)的舊知識，促進(jìn)舊知識向新課遷移。復(fù)習(xí)鋪墊時間要短，時間控制在3分鐘左右;內(nèi)容要精，要能步步為營，環(huán)環(huán)相扣，很自然的將舊知識向新知識過渡;形式要新，內(nèi)容形式多樣，可以是討論、搶答、填空等等。總之，要適量、適度、有的放矢，使復(fù)習(xí)鋪墊有效、到位。筆者在《機械效率》一課中則主要以填空的方式復(fù)習(xí)舊知識點，為新課達(dá)到鋪墊的作用。如：
1.做功的兩個必要因素：一是物體要力作用，二是物體要在力的方向上通過一定的距離。
2.功等于力的大小與力的方向上距離的乘積。用公式W=FS表示
3.（1）用滑輪組提起重物時，動滑輪上有幾段繩子吊起物體.將物體提升的力等于總重的幾分之一。
（2）手拉繩子通過的距離等于物體上升的距離的n倍，即s=nh。
4.光滑程度相同的斜面，越平緩越省力（省力或費力）。
二、采用生活中的實例物理概念，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣
著名教育家陶行知提出：“教育不能脫離生活，生活即教育。”由于物理和生活、社會有著極為緊密和廣泛的聯(lián)系，因此，物理教學(xué)設(shè)計要立足于學(xué)生熟悉的生活現(xiàn)象、生活例子，使學(xué)生在認(rèn)識、分析這些現(xiàn)象產(chǎn)生原因的過程中，學(xué)習(xí)物理知識，從而使學(xué)生感到生活中處處有物理，不僅能增強學(xué)生對大自然的親近感，而且降低了學(xué)生的理解難度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
《機械效率》教學(xué)中，筆者呈現(xiàn)出生活中常見的一則實例：小張家買了一套新房，因裝修房子的需要，要把沙子從一樓運往三樓。方案1.將沙子裝進(jìn)桶里提上三樓;方案2.將沙子裝進(jìn)桶里用動滑輪提上三樓;方案3.將沙子裝進(jìn)袋子里用動滑輪提上三樓;問題;那種方案較好？（已知：沙子重100N，人的體重400N，動滑輪重10N，桶重20N，口袋重5N，每層樓高3m）
討論并計算：
1.我們的目的是什么？那部分功對我們是有用的？
2.為了達(dá)到目的，采用上面的三種方案人實際總共做功各是多少？那些功人不想做，但采取這種方案又無法避免，對達(dá)到目的來說是額外的？它們各是多少？3.那種方案較好？怎樣比較？
教師小結(jié)，給出有用功、總功、額外功的定義，并說明可用有用功與總功的比值來反j完成某任務(wù)所采取的方案的劃算程度，物理上把它叫做為機械效率。以這樣的生活實例引入物理概念，很自然地提出本課內(nèi)容，既能激發(fā)起學(xué)習(xí)欲望，讓學(xué)生快速地進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。
三、實驗探究式學(xué)習(xí)，倡導(dǎo)新課程理念
記得一位教育家曾說過：“不好的教師傳授真理，好的教師讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)真理。”新課程的理念在于教師為輔，以學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)學(xué)生積極主動參與到實驗探究中。實驗探究式教學(xué)模式的程序可以設(shè)置為“設(shè)置實驗、創(chuàng)設(shè)情境――感性認(rèn)識、探究分析――上升理論、指導(dǎo)實踐”。
本節(jié)教學(xué)中的實驗探究：探究滑輪組的機械效率
設(shè)計實驗方案：用動滑輪和定滑輪組成的滑輪組，用刻度尺分別測出鉤碼和繩自由端移動的距離，用彈簧秤分別測出鉤碼的重力和繩自由端的拉力;分別改變鉤鉤碼的個數(shù)和滑動的個數(shù)，再設(shè)計記錄數(shù)據(jù)的表格，就可完成探究目的。進(jìn)行試驗：請同學(xué)們根據(jù)本小組的需要進(jìn)一步討論完善試驗方案，選擇桌面上的器材進(jìn)行實驗，記錄好數(shù)據(jù)。得出結(jié)論：分析實驗數(shù)據(jù)，你能得出什么結(jié)論？你還想知道些什么，可以自己課外繼續(xù)去探究。評估：回想實驗的過程，影響實驗誤差的因素是什么？學(xué)生在通過探究式實驗，以數(shù)據(jù)的分析得出滑輪組的機械效率與哪些因素有關(guān)。
四、有效利用多媒體教學(xué)，提高課堂教學(xué)效率
信息技術(shù)與各個課程的整合是21世紀(jì)基礎(chǔ)教育教學(xué)改革的新視點。傳統(tǒng)的、單一的教學(xué)模式已經(jīng)無法打造高效的課堂，借助于先進(jìn)的信息技術(shù)進(jìn)行多媒體教學(xué)是一種新型的教學(xué)方法，兩者有機結(jié)合，能有效地共同完成課程教學(xué)任務(wù)。筆者在多年的教學(xué)中善于充分利用豐富多彩的多媒體，展現(xiàn)物理學(xué)科的魅力。
《機械效率》一課中充分有效地利用了多媒體輔助教學(xué)手段，在新課導(dǎo)入中，筆者以動畫形式展示出三種搬沙子的方法，不僅能迅速抓住學(xué)生的注意力、增加趣味，同時幫助學(xué)生形象生動地理解三種搬運沙子中哪種方法更加省力。
在初中物理課堂教學(xué)中實施科學(xué)探究式教學(xué)，這對提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有重要的作用.美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》認(rèn)為，科學(xué)探究是指學(xué)生用以獲取知識、領(lǐng)悟科學(xué)家研究自然界所用的方法而進(jìn)行的種種活動.只有讓學(xué)生經(jīng)歷物理學(xué)家類似研究、探索物理規(guī)律的過程，才能讓學(xué)生體驗和感知其中的物理思想和方法，從中獲得經(jīng)驗，并能夠更好地理解知識和提高能力.在中國《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中，對探究過程的七個要素對應(yīng)的學(xué)生科學(xué)探究能力提出了具體要求，教師在物理課堂教學(xué)中應(yīng)把科學(xué)探究能力目標(biāo)進(jìn)一步分解細(xì)化，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，轉(zhuǎn)化為具體的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)設(shè)計.
蘇科版九年級物理第十一章第五節(jié)“機械效率”是第十一章“簡單機械和功”的最后一節(jié).機械效率與我們的生活息息相關(guān)，已廣泛應(yīng)用于人們的工作、學(xué)習(xí)和生活中.本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計秉持“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念，以科學(xué)探究為手段，讓學(xué)生經(jīng)歷有用功、額外功、總功和機械效率概念的形成過程，加深對物理概念內(nèi)涵的理解；通過學(xué)生的科學(xué)探究活動，使學(xué)生受到思維訓(xùn)練、領(lǐng)悟物理思想方法、發(fā)展創(chuàng)新能力，提高學(xué)生學(xué)科綜合素質(zhì)；同時，通過學(xué)生小組之間的合作與交流，培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識，發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)力.
2教學(xué)設(shè)計
2.1教學(xué)目標(biāo)
2.1.1知識與技能
(1)結(jié)合科學(xué)探究活動了解有用功、額外功、總功及它們之間的聯(lián)系;
(2)知道機械效率，了解提高機械效率的途徑和意義.
2.1.2過程與方法
(1)通過實驗，體驗使用機械做功的過程，加深對有用功、額外功、總功的理解;
(2)通過參與科學(xué)探究活動，使學(xué)生學(xué)會設(shè)計實驗、能根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析歸納簡單的科學(xué)規(guī)律.
2.1.3情感態(tài)度與價值觀
(1)在科學(xué)探究活動中，培養(yǎng)學(xué)生團隊精神，養(yǎng)成事實求是、尊重實驗結(jié)果的科學(xué)態(tài)度;
(2)通過實驗探究活動，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.
2.2重點、難點及教學(xué)資源
重點：有用功、總功、額外功及機械效率的概念.
難點：額外功判斷、提高機械效率的途徑.
教學(xué)資源：PPT課件；鐵架臺，動滑輪，細(xì)繩，鉤碼，彈簧測力計，刻度尺.
2.3教學(xué)過程
2.3.1提出問題
教師提出問題：學(xué)校買來了一批物理實驗器材，要將實驗器材從一樓運到三樓物理實驗室.請問：你如何較省力地把這些器材運到三樓？
(說明：該設(shè)問體現(xiàn)“從生活走向物理”的教學(xué)理念)
學(xué)生：可用簡單機械，如滑輪組，或杠桿，或斜面，或輪軸.
教師：今天，我們首先從最簡單的動滑輪提升物理實驗器材開始學(xué)習(xí)討論相關(guān)問題(如圖1).
教師提出問題：動滑輪對貨物做功與手通過細(xì)繩對機械做功相等嗎？請各位同學(xué)猜想，并說出猜想的依據(jù).
2.3.2猜想與假設(shè)
學(xué)生提出猜想及依據(jù)：動滑輪對貨物做功與手對貨物做功不相等，使用機械做功大小可能比手對貨物做功大，因為使用機械做功不僅包括提升貨物所做的功，還包括提動滑輪所做的功及克服繩與滑輪間的摩擦所做的功.
(說明：在科學(xué)探究的猜想與假設(shè)階段，教師要引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)一定的經(jīng)驗和事實，或在觀察實驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)科學(xué)原理和科學(xué)事實進(jìn)行理性的思考，利用發(fā)散思維對未知的現(xiàn)象及其規(guī)律作出科學(xué)預(yù)見.教師在讓學(xué)生提出合理猜想的同時，也要求學(xué)生說出猜想的依據(jù)，以此教育學(xué)生猜想與假設(shè)不是異想天開，要有一定的科學(xué)依據(jù).)
2.3.3設(shè)計實驗
教師：為了驗證猜想是否正確，應(yīng)通過實驗來驗證.下面我們共同來設(shè)計實驗探究方案.請問：這個實驗的實驗?zāi)康氖鞘裁矗?學(xué)生：為了比較使用動滑輪對貨物做功與手對貨物做功是否相等.
教師：需要測量哪些物理量？
學(xué)生：需測出物體的重力和物體上升的高度，手對繩端的拉力和繩子末端移動的距離.
教師：需要哪些測量工具？
學(xué)生：彈簧測力計，刻度尺.
教師：測量時應(yīng)注意哪些問題呢？請同學(xué)們小組討論后回答.
學(xué)生：測量前，彈簧測力計應(yīng)調(diào)零；測手對繩子的拉力時，應(yīng)勻速豎直向上拉動彈簧測力計；測距離時，刻度尺應(yīng)豎直放置；為了排除實驗的偶然性，應(yīng)改變物體的重力，多次采集實驗數(shù)據(jù).
教師：實驗數(shù)據(jù)的記錄表格怎樣設(shè)計？表格中應(yīng)包括哪些物理量？
學(xué)生：應(yīng)包括實驗次數(shù)、物體的重力G、物體上升的高度h、手對繩端的拉力F、繩子末端移動的距離S、動滑輪對貨物所做的功W1、手對機械所做的功W2.
教師：請同學(xué)們自己設(shè)計實驗數(shù)據(jù)的記錄表格.
實驗次數(shù)G/Nh/mF/NS/mW1/JW2/J123(說明：設(shè)計實驗探究方案是科學(xué)探究的核心環(huán)節(jié)，教師要讓學(xué)生參與方案設(shè)計的全過程，發(fā)展創(chuàng)新思維，體驗合作的樂趣，鍛煉語言表達(dá)和交流能力，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，提高自身的科學(xué)素養(yǎng).探究方案的設(shè)計過程是學(xué)生主動建構(gòu)、主動思維的過程，教師不能包辦代替，應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點和思維水平，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生完成探究方案的設(shè)計.通過全班學(xué)生的合作，教師要讓每個學(xué)生明確實驗的目的、原理、操作程序和操作技巧，決不能急于求成.)
2.3.4學(xué)生小組實驗及物理概念的建構(gòu)
表格設(shè)計好后，學(xué)生兩個人一組，進(jìn)行實驗操作，將實驗數(shù)據(jù)填入表中，并計算出表格中的W1和W2.
(說明：學(xué)生以兩人為一組展開實驗，在提高學(xué)生實驗器材使用技能的同時，鍛煉學(xué)生的交流與合作能力.教師在巡視中注意指導(dǎo)個別動手能力差的學(xué)生進(jìn)行實驗.)
教師：動滑輪對貨物做功與手對貨物做功相等嗎？想想：什么功對我們有用？什么功對我們沒有用？
學(xué)生：兩者不相等.使用動滑輪對貨物做的功對我們是有用的，提動滑輪所做的功和克服繩與滑輪間的摩擦做功對我們是沒有用的.
教師：我們將對人們有用的功稱為有用功；對人們無用但又不得不做的功(如：克服機械自重、克服摩擦力做的功)稱為額外功；動力對機械所做的功稱為總功，即總功為有用功與額外功之和.(教師板書：有用功、額外功、總功及其定義)
教師：為了表示有用功在總功中所占的比值，從而引入機械效率.
機械效率定義：有用功與總功的比值.計算公式：η=W有W總×100%(教師板書)
教師引導(dǎo)學(xué)生注意：(1)機械效率一般用百分?jǐn)?shù)表示，沒有單位；(2)由于額外功總是存在的，所以機械效率小于1.
教師：若某起重機的機械效率是60%，是什么意思呢？
學(xué)生：使用起重機提升重物時所做的有用功跟總功的比值是60%，也可以說有用功在總功中占有60%，另外的40％是額外功.
教師：小常識介紹：起重機的機械效率一般為40%～60；抽水機的機械效率一般為60%～80%.
2.3.5分析歸納
教師：請同學(xué)們算一算剛才所測的動滑輪的機械效率.議議：三次實驗機械效率相等嗎？你認(rèn)為機械效率大小與什么因素有關(guān)？如何提高機械效率？
學(xué)生：三次實驗動滑輪機械效率不相等，從實驗數(shù)據(jù)可知，用同一個動滑輪提升重物時，物體的重力越大，提高相同高度時，有用功越大，動滑輪的機械效率越大.可知，動滑輪的機械效率與物體的重力有關(guān).由此可推知：動滑輪的機械效率還應(yīng)與動滑輪重力和繩與滑輪間的摩擦有關(guān)，即與額外功有關(guān).當(dāng)有用功一定，動滑輪重力越大、繩與滑輪間的摩擦越大，額外功越大，機械效率越低.因此，為了提高機械效率，可增大有用功和減小額外功(教師板書).
(說明：科學(xué)探究中分析與論證環(huán)節(jié)，要求學(xué)生具備較強的分析歸納能力，但初中生的分析歸納能力并不成熟，教師要給以適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和點撥甚至是講解，逐步提升學(xué)生的分析歸納能力.)
2.3.6生活物理社會
教師：請同學(xué)們再議一議我們課堂教學(xué)開始時提出的問題，使用滑輪組搬運學(xué)校的物理實驗器材到三樓，如何做到既能省力又有較高的機械效率？
學(xué)生：應(yīng)盡量增大實驗器材的重力，使用輕質(zhì)的滑輪組提升器材，使用表面光滑且輕質(zhì)的細(xì)繩繞滑輪組.
2.3.7課堂小結(jié)
(1)有用功、額外功、總功的定義;
(2)機械效率定義、提高的意義及途徑.
2.3.8課后作業(yè)
若用杠桿、斜面或輪軸搬運物理實驗器材，又如何做到既能省力又能提高機械效率呢？哪一種簡單機械效率較高？
一、課堂提問的功能
（1）激勵和激發(fā)學(xué)生思維，提高學(xué)生興趣的功能。心理學(xué)認(rèn)為，科學(xué)學(xué)習(xí)是兒童關(guān)于自然現(xiàn)象的原有概念的發(fā)展與轉(zhuǎn)變，而不是新信息的點滴積累過程。當(dāng)學(xué)生的思維還沒有啟動的時候，教師精心設(shè)計的提問會引起學(xué)生的懸疑，激發(fā)他們的認(rèn)知沖突，使思維處于高度自覺和主動的地位，從而把他們的注意力吸引到所要研究的問題上來，同時教師應(yīng)“慷慨”地提供思維加工的原料，通過回憶已有知識、演示實驗、敘述現(xiàn)象、出示練習(xí)題等，用準(zhǔn)確、清晰、簡明的語言提出問題，充分發(fā)揮和調(diào)動學(xué)生的主觀能動作用，達(dá)到“一石激起千層浪”的目的。
（2）啟發(fā)學(xué)生思維，給學(xué)生創(chuàng)造新的創(chuàng)新機遇的功能。教師要根據(jù)教材的實際和學(xué)生的認(rèn)知能力，預(yù)測學(xué)生學(xué)習(xí)新知識時可能產(chǎn)生的認(rèn)知障礙，通過巧妙設(shè)疑，突破難點和關(guān)鍵。問題是思維的核心。只有提出了有一定深度的問題，才能引發(fā)學(xué)生的積極思維，才能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
（3）梳理學(xué)生思維，幫助學(xué)生形成正確的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。如在學(xué)習(xí)了“牛頓第一運動定律”和“慣性”后，學(xué)生由于頭腦中早已有了與亞里士多德“力是維持物體運動的原因”的理論類似的觀念，不能正確運用“牛頓第一運動定律”去解釋原來已處于運動狀態(tài)的物體在不受力的作用后的運動情況，教師可以設(shè)計這樣一問：“你坐在向前勻速直線運動的汽車?yán)铮瑢⑹种械蔫€匙豎直向上拋出，當(dāng)鑰匙落下時，是落在手里，還是落在后面？為什么？”引導(dǎo)學(xué)生克服“鑰匙拋出后，雖然在豎直方向上做先上后下的運動，但水平方向上它還將保持拋出時鑰匙隨汽車一起做勻速直線運動的狀態(tài)”這一認(rèn)識難點。
二、如何設(shè)計提問
鑒于提問的上述功能，我們應(yīng)該在備課中按照如下的方式設(shè)計問題。
（1）趣味性。思維從對問題的興趣開始。皮亞杰曾說過：“所有智力方面的工作，都要依賴于興趣。”把興趣因素引入初中物理教學(xué)，無疑給其改革帶來勃勃生機，最成功的學(xué)習(xí)者是那些既有天賦、又有極大學(xué)習(xí)動力的人。對于學(xué)生來講，只有他感興趣的東西才會使其產(chǎn)生學(xué)習(xí)的欲望和動力。而富有藝術(shù)的提問，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效手段。第斯多惠指出：“教學(xué)的藝術(shù)，不在于傳授本領(lǐng)，而在于激勵、喚醒、鼓舞。”提問激起的強烈興趣，使學(xué)生的求知欲達(dá)到亢奮狀態(tài)。所以，提問設(shè)計要富有情趣、意味和吸引力，以引起學(xué)生的好奇心，激發(fā)他們的求知欲望，促使學(xué)生在生疑、解疑過程中愉快地獲得新的知識和能力，體會到思考的成功歡樂與滿足。物理教學(xué)中，一系列與日常生活有關(guān)的物理問題能對學(xué)生的大腦產(chǎn)生強烈的撞擊，學(xué)生的思想火花被迅速地激活起來，并產(chǎn)生強烈的興趣。
（2）啟發(fā)性。啟發(fā)性是設(shè)問最直接的目的，如果問題設(shè)計能讓學(xué)生觸類旁通，那么這個問題的啟發(fā)性就強，有啟發(fā)性的問題就是讓學(xué)生不斷地生成問題，活躍思維……教師提出第一個問題，學(xué)生回答后，立刻生成第二個問題，這就要求問題設(shè)計既有一定的思維空間，又有很好的誘導(dǎo)性，這樣才能拓寬學(xué)生的思路，不斷激發(fā)他們的積極性，主動性和創(chuàng)造性。
（3）探究性。在物理教學(xué)中，教師應(yīng)有效利用提問的方式，讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)，思考，探究，逐步培養(yǎng)其問題意識。例如，用“一定一動”滑輪組提升重物效果好，還是“二定二動”滑輪組提升重物效果好？學(xué)生回答是“二定二動”效果好，因為它能更省力。接著老師問：既然用“二定二動”的滑輪組好，為什么人們還要用“一定一動”的滑輪組？學(xué)生討論后回答：“一定一動”比“二定二動”省距離。接著老師再問：它們的做功情況如何？哪個機械的效率更高？通過實驗探究，得到結(jié)論：在提升相同重物的情況下，“一定一動”的比“二定二動”的機械效率更高。在此基礎(chǔ)上，老師進(jìn)一步問：是不是越簡單的機械其機械效率就越高呢？某一機械，它的機械效率是不是一個定值呢？通過進(jìn)一步的探究發(fā)現(xiàn)，用同一機械來提升不同的重物時，它的機械效率是不同的；提升的重物越重，其機械效率就越高。一連串的問題和實驗結(jié)果，大大背離了學(xué)生原先的判斷，強化了學(xué)生思維的探索性、研究性和創(chuàng)造性。
第一課時主要設(shè)計為兩大環(huán)節(jié)：第一環(huán)節(jié)通過學(xué)生自學(xué)、交流討論的方式使學(xué)生掌握了有用功、額外功、總功的概念以及機械效率的定義和計算公式，并進(jìn)行機械效率的計算練習(xí)；第二環(huán)節(jié)我引導(dǎo)學(xué)生就“如何測量滑輪組的機械效率”這一問題進(jìn)行分析和討論，使學(xué)生基本明確了滑輪組機械效率的測量方法。一堂課下來非常順利，我暗自得意，因為本堂課第二環(huán)節(jié)我自認(rèn)為是教學(xué)設(shè)計中的一個“亮點”，完全可以為突破第二課時“機械效率總是一定的嗎？”這個教學(xué)難點鋪平道路。
可我無論如何沒想到，我自認(rèn)為的這個“亮點”并沒有使第二課時的教學(xué)過程按照預(yù)期的方向進(jìn)展，我的課堂教學(xué)遭遇了一次“美麗尷尬”。
第二課時我開門見山直接提出問題：“如果上節(jié)課練習(xí)中用動滑輪提起的物體重由200N增加到400N，那么機械效率還是83.3%嗎？就是說，對同一機械，它的機械效率是恒定不變的嗎？”
由于是科學(xué)探究課，同學(xué)們的興趣馬上起來了，猜想不變的有兩個小組，猜想可能變化的有四個小組，我又請這四個小組進(jìn)一步猜想“如果滑輪組提升的物重變大，它的機械效率是會升高還是降低呢？”，這四個組竟然都猜想“機械效率將降低”。我心中暗想：“降低？哈，一會兒你們就知道應(yīng)該是升高了，一幫不認(rèn)真動腦、只知道胡亂猜想的家伙！”現(xiàn)在想來，這個想法實在幼稚，要求學(xué)生在很短時間內(nèi)動腦分析并進(jìn)行合理的猜想確實有些苛刻，畢竟猜想就是猜想嘛，有時可以不需要理由的！
制定方案之后，我放手讓各組進(jìn)行實驗收集證據(jù)。因為前面一切順利，“萬事俱備、只欠東風(fēng)”了，我沒有對各組的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的關(guān)注，把注意力放在了觀察各小組成員的表現(xiàn)上了。看到同學(xué)們積極踴躍、合理分工、大膽動手，我多少有些對自己的精心設(shè)計“陶醉”了。
沒想到，各小組匯報數(shù)據(jù)時，“暴風(fēng)雨”一下子來了，六個組的數(shù)據(jù)分別是,表1：
這下可“熱鬧”了，只有C、D兩組的數(shù)據(jù)可以得出正確結(jié)論：“隨著鉤碼重的增加，滑輪組機械效率是逐漸升高的”，F(xiàn)組數(shù)據(jù)說明“隨著鉤碼重的增加，滑輪組機械效率是固定不變的”，A、E兩組數(shù)據(jù)顯示“隨著鉤碼重的增加，滑輪組機械效率有時升高，有時不變”，B組數(shù)據(jù)竟然顯示“隨著鉤碼重的增加，滑輪組機械效率有時升高，有時降低。
怎么會是這樣的結(jié)果呢？剛才活潑熱鬧的課堂一下子安靜下來，同學(xué)們都在看著我，眼神里有些不安，有的組長已經(jīng)意識到實驗數(shù)據(jù)出問題了。
畢竟我曾多次接受過新課改的培訓(xùn)，我知道實驗失敗雖然打亂了我的教學(xué)設(shè)計，但如果處理得當(dāng)?shù)脑挘餐耆赡苡幸馔獾氖斋@。想到這里，我迅速冷靜下來，微笑著說：“同學(xué)們，我剛才特別注意觀察了你們的表現(xiàn)，我發(fā)現(xiàn)你們的積極性是很高的，也敢于動手，不過很遺憾，我們六個組的實驗數(shù)據(jù)差別如此之大，顯然是實驗過程中出現(xiàn)了一些失誤，我們的實驗失敗了！不過這也并不可怕，其實這是很正常的。當(dāng)年愛因斯坦不也犯過錯誤、牛頓不也有過失敗嗎？關(guān)鍵是在錯誤和失敗面前我們?nèi)绾稳プ觥Ｍ瑢W(xué)們說，現(xiàn)在我們應(yīng)該怎樣做？”
“反思！”、“評估”、“找出錯誤的根源，重新實驗”……同學(xué)們七嘴八舌地說。
“那還等什么呢？趕快行動起來吧！我給你們時間，這節(jié)課不行，下節(jié)課我們接著研究。另外需要說明一點，如果哪個小組需要幫助的話，我很樂意效勞。”我的心已經(jīng)從剛才的緊張不安中緩解過來了。同學(xué)們對我最后一句話先是一愣，馬上變成了會意的微笑，投入到他們的反思和評估之中……
時間永遠(yuǎn)都是不等人的。下課的鈴聲響了，宣告我本節(jié)課預(yù)定的教學(xué)計劃“破產(chǎn)”了。回到辦公室，我馬上對各組的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了認(rèn)真的分析，并與同教研組的老師進(jìn)行了探討交流，我的心中有“譜”了。
第二天下午快樂大課間，我和一位同事切磋了幾局乒乓球后，把各小組正、副組長召集到實驗室，和他們一起交流與討論實驗的做法。經(jīng)過認(rèn)真的分析，細(xì)致的多次實驗，我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致失敗的原因有以下幾個方面：
1、由于興奮，沒有控制好測力計的勻速運動，導(dǎo)致測力計示數(shù)F偏大或偏小，所以出現(xiàn)某次機械效率偏低或者偏高的情況；
2、讀測力計示數(shù)時有些隨意，比如明明是指針在0.5N和0.6N之間，應(yīng)該讀作0.5X N,但為了計算方便，隨意讀作0.5N或0.6N，導(dǎo)致實驗出現(xiàn)誤差太大；
3、有個別彈簧測力計的指針與軸接觸不牢固，有松動情況，但只顧匆忙實驗忽略了重新校零。
4、F組的繩端拉力0.2N、0.4N、0.6N明顯偏小，是嚴(yán)重錯誤。
【關(guān)鍵詞】探究性學(xué)習(xí) 物理課堂教學(xué)
探究性學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)主要來自布魯納的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論——學(xué)習(xí)是一種積極的過程，學(xué)習(xí)者在該過程中依靠現(xiàn)在和過去的知識建構(gòu)新的思想和概念。在這一過程中，教師應(yīng)當(dāng)積極鼓勵學(xué)生自己去探索原理，師生之間應(yīng)當(dāng)積極進(jìn)行對話。建構(gòu)主義理論指導(dǎo)下的課堂教學(xué)通常具備這樣的基本特征：凸現(xiàn)學(xué)生中心，強化教學(xué)過程，注重師生對話，營造民主氛圍。那么，在初中物理課堂教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)如何來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)呢？下面，結(jié)合自己的教學(xué)實踐，淺談自己的幾點看法。
一、通過物理實驗操作去探究自然過程
自然現(xiàn)象中的許多物理規(guī)律都是通過物理實驗才能揭示的，如果僅僅依靠教師的抽象講解，學(xué)生很難理解。所以，教師在教學(xué)中，要注重引導(dǎo)學(xué)生加強實驗操作，并對實驗中的問題與現(xiàn)象進(jìn)行分析，透過現(xiàn)象看到本質(zhì)，通過數(shù)據(jù)的變化來抽象出概念或規(guī)律。例如：密度的概念對于初中生來說是很抽象的，但如果在實驗中讓學(xué)生通過體積不同、質(zhì)量不同的同種物體作比較、做實驗，學(xué)生通過實驗探究討論，可以得出同種物體質(zhì)量與體積的關(guān)系，再引入密度的概念，學(xué)生就能很自然地理解密度的概念。又如在串并聯(lián)電路中，對于總電壓和部分電路電壓的關(guān)系，學(xué)生通過動手操作，探究實驗過程，通過儀器數(shù)據(jù)的變化分析，就很容易理解掌握了。
二、創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境激發(fā)學(xué)生參與探究
教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)，是學(xué)生探究物理知識產(chǎn)生的背景，是發(fā)現(xiàn)和提出物理問題的重要前提，只有當(dāng)教師創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情境進(jìn)入學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”且在內(nèi)容上有挑戰(zhàn)性和探究性，學(xué)生才能在已有的認(rèn)知基礎(chǔ)上激發(fā)起探索欲望，才能與教師互動合作，從中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，并解決問題。
學(xué)習(xí)“功和機械能”中“機械效率”一節(jié)時，在學(xué)生知道了機械效率是有用功占總功的百分比之后，對于探究斜面機械效率的事例，安排學(xué)生對日常生活中的一幕進(jìn)行分析：小明和小紅分別騎自行車上一道斜坡，健壯的小明沿著坡路一直沖了上去，而體弱的小紅則騎車走S型的道路輕松上到了坡頂，他們上坡時誰的機械效率高？你認(rèn)為斜面的機械效率與哪些因素有關(guān)？怎樣證實你的想法？
由于探究事例取自于學(xué)生熟悉的實際生活，這可以引起他們較強的探究欲望。學(xué)生在討論中得出了斜面的機械效率可能與坡度的大小、粗糙程度、重力大小、用力大小等有關(guān)猜想。經(jīng)過分析、篩選，大家在課堂上對斜面的機械效率與傾斜程度、粗糙程度的關(guān)系進(jìn)行研究，以驗證自己的猜想。他們將長木板的一端墊高成為斜面，用彈簧測力計測出小車重力和拉小車沿斜面勻速上升的拉力的大小，計算出了有用功、總功和機械效率。由于在前面的學(xué)習(xí)中學(xué)生又通過控制變量分析問題的經(jīng)歷，因此他們熟練采用控制變量法，改變斜面的傾斜程度，測出了拉小車沿不同坡度斜面勻速上升時的機械效率，通過分析對比得出斜面傾斜程度越大效率越高的結(jié)論。同樣，還知道了斜面越粗糙機械效率越低的道理。正是由于他們對所探究事例比較感興趣，很多同學(xué)想更進(jìn)一步搞清小明和小紅的體重以及上坡速度是否對機械效率有影響，從而將探究活動從課內(nèi)延伸到了課外。學(xué)生的這些發(fā)現(xiàn)，正是由于他們對這項以自己現(xiàn)有知識和技能順利完成的探究感興趣的結(jié)果。
三、用新問題激發(fā)學(xué)生主動參與探究
學(xué)生在解題過程中，常會受到一些問題的影響，為了解出答案，會積極主動地與教師互動，參與探究，教師適當(dāng)引導(dǎo)，將問題分成若干個“階梯式”的子問題，放手讓學(xué)生去實踐研究，讓學(xué)生感受到參與探究的樂趣，通過自己的實踐，留下深刻的印象。像上述教學(xué)案例中，讓學(xué)生探究“小明和小紅的體重以及上坡速度是否對機械效率有影響”就是用新問題來激發(fā)學(xué)生主動參與探究的過程。
四、解錯常規(guī)題時讓學(xué)生自主探究錯因
常規(guī)題是物理教學(xué)的重點內(nèi)容，可有些時候?qū)W生失誤很多，為了讓他們養(yǎng)成良好的審查習(xí)慣，樹立一種正確的意識，要讓學(xué)生對做錯的題目認(rèn)真分析錯因，讓學(xué)生的無認(rèn)知監(jiān)控機制發(fā)揮作用，教師也可在課堂教學(xué)中有意制造疏漏，讓學(xué)生討論、探究，最后得出正確答案。這樣，這種波瀾起伏的解題感受給學(xué)生留下了深刻的印象，課堂上學(xué)生在交流中互幫互學(xué)，共同提高，培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力，協(xié)作精神，更重要的是讓學(xué)生感到難題并不神秘，就在大家的探究之中，這樣的物理探究性學(xué)習(xí)必能增強學(xué)生的自信心。
五、利用物理探索題讓學(xué)生探究
一、從知識的應(yīng)用談學(xué)生思維完整性的培養(yǎng)
例1 底面積為S=0.4m2的大木箱原放在水平地面上。如圖所示，現(xiàn)某人用小車將它從斜面底端勻速推上斜面頂端，整個過程歷時10秒。已知木箱重400N，人體重600N，人對車的推力F=75N，斜面長l=4m，斜面高h(yuǎn)=0.5m，求：
（1）木箱對水平地面的壓強；
（2）木箱沿斜面向上的速度；
（3）對木箱所做的有用功；
（4）這種情況下的機械效率。
本例中的第四小問，學(xué)生的錯誤率極高，從本人任教的某個班級的答題情況來看，幾乎沒有正確的，學(xué)生的回答清一色為：W有=Gh=400N×0.5m=200J，W總=FS=75N×4m=300J，η=■×100%=■×100%≈66.7%，這種解法疏忽了用小車將木箱從斜面底端勻速推上斜面頂端過程中克服人自身重力做的功。其實，這一題并不難，教師只要稍加點撥，學(xué)生馬上就會恍然大悟，得出正確的答案。究其原因，仍然是受初中生思維發(fā)展的片面性的影響，不能全面、辯證地分析問題、解決問題，而是抓住一點而不計其余。所以在教學(xué)中，教師要有意識地增加此類題型，舉一反三，逐步培養(yǎng)學(xué)生的思維的完整性，使他們在應(yīng)用物理知識解決實際問題時，能全面、客觀地分析問題。
二、從實驗過程的設(shè)計談學(xué)生思維嚴(yán)密性的培養(yǎng)
例2 某學(xué)習(xí)小組同學(xué)在“測量滑輪組機械效率”的實驗中，用同一滑輪組進(jìn)行了三次實驗。實驗數(shù)據(jù)如下表所示：
■
有同學(xué)根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，機械效率的大小可能與重物提升的高度有關(guān)，為了驗證上述猜想，你認(rèn)為應(yīng)如何設(shè)計實驗？
許多學(xué)生的答案如下：用滑輪組把重物提升不同的高度，分別測出機械效率，然后進(jìn)行比較分析得出結(jié)論，或者是用滑輪組把相同重物提升不同的高度，分別測出機械效率，然后進(jìn)行比較分析得出結(jié)論。我們知道這樣的語言表達(dá)是缺乏嚴(yán)密性的，根據(jù)控制變量法，滑輪組的機械效率與所提升的物重、動滑輪的重以及繩重和摩擦力的大小都有關(guān)系，要探究機械效率與重物提升的高度的關(guān)系，必須控制以上幾個量相等，這樣才能得出正確的答案。然而由于初中學(xué)生思維的特點，思考問題不夠嚴(yán)謹(jǐn)，或者是沒有想到，或者是只想到一部分，都導(dǎo)致了錯誤答案的出現(xiàn)。針對這種情況，教師要引導(dǎo)學(xué)生回想影響滑輪組機械效率的幾個因素，逐一板書，然后組織學(xué)生思考：如果所提升的物體的重力和所提升的物體的高度都不同，測出機械效率不同，為什么不能得出機械效率與所提升的物體的高度有關(guān)，使學(xué)生認(rèn)識到控制不變量的重要性，從而得出正確的答案：用同一滑輪組把相同的重物勻速豎直提升不同的高度，分別測出機械效率，然后進(jìn)行分析得出結(jié)論，最后再由η=■×100%公式推出η=■×100%，引導(dǎo)學(xué)生思考“勻速豎直”的必要性。這樣一步接著一步，使學(xué)生不斷深入思考問題的實質(zhì)，認(rèn)識到物理探究的嚴(yán)密性，不斷健全學(xué)生的思維。
三、從實驗步驟的安排和結(jié)論的歸納談學(xué)生思維科學(xué)性的培養(yǎng)
例3 如圖，增加一種實驗器材，你可以探究什么物理規(guī)律？
（1）增加的器材：___
____________________；
（2）提出問題______
_____________________；
（3）進(jìn)行猜想____________________________；
（4）實驗設(shè)計____________________________；
（5）實驗結(jié)論____________________________。
由于絕大部分同學(xué)增加的器材是電流表，下面僅根據(jù)此展開研究。
“提出問題”部分，許多學(xué)生提出的問題是：串聯(lián)電路各處的電流是什么關(guān)系？
“進(jìn)行猜想”部分，許多學(xué)生的猜想是：串聯(lián)電路各處的電流相等。
“實驗設(shè)計”部分，許多學(xué)生是這樣設(shè)計的：分別在A、B、C三處串聯(lián)接入電流表，閉合開關(guān)，再分別測出A、B、C三處的電流IA、IB、IC。
“實驗結(jié)論”部分，許多學(xué)生的答案：串聯(lián)電路各處的電流相等。
以上學(xué)生的解答實驗設(shè)計部分和實驗結(jié)論部分都存在問題。雖然在學(xué)習(xí)探究杠桿的平衡條件時，我們已經(jīng)強調(diào)了多次實驗避免偶然性的重要性和必要性，然而由于學(xué)生年齡小，思維缺乏周密性和科學(xué)性，以及思維上的定勢，實際應(yīng)用起來，仍然不能掌握其精神實質(zhì)，甚至一些同學(xué)一談到多次測量，就認(rèn)為是為了減小誤差。為了幫助學(xué)生認(rèn)識到多次測量才能得出正確的規(guī)律，我設(shè)計了這樣的教學(xué)過程：指名一名同學(xué)問：“你有沒有每天晨跑的習(xí)慣或規(guī)律？”生答：“沒有。”師問：“那么有一天，你起床遲了，跑步到學(xué)校，是不是就證明你每天有晨跑的習(xí)慣或規(guī)律了呢？”生答：“不能。”師再問：“那怎樣才能證明你每天有晨跑的習(xí)慣或規(guī)律了呢？”其他學(xué)生回答：“連續(xù)多天觀察他是否跑步，如果一直是這樣，就證明有，如果不是，就證明沒有。”這樣的類比教學(xué)，雖然簡單，卻能很形象地幫助學(xué)生認(rèn)識到只有多次實驗才能驗證某一規(guī)律的道理，認(rèn)識到科學(xué)方法的重要性。
