“简单机械”学习指要

邹丽晖

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.

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，

关于平衡状态.初中物理课程仅涉及“二力平衡”和“杠杆平衡”，对“杠杆平衡”的要求是：通过实验，探究并了解杠杆的平衡条件，这其中既有实验探究的要求，又有知识方面的要求，实验“探究杠杆的平衡条件”也被列为学生必做实验.

通过本章的学习，同学们应该能正确、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.

关于杠杆的编排

1.认识杠杆

本章的第1节的节首图通过呈现古人使用杠杆的场景.使同学们感受到杠杆是一种劳动工具.这幅图和章首图“机械臂”一起，通过两个跨越历史长河的机械的变迁.向同学们展示了人类认识、使用机械的历史发展进程.反映人类對机械的不断探索，这对杠杆概念的引入和情感体验具有十分重要的意义，随后，教科书列举生活中的实例，创设情景，归纳、概括出杠杆的共同特征，给出了杠杆的五个要素（支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂）.

2.经历探究杠杆平衡条件的过程

教科书在提出问题“杠杆在满足什么条件时才会平衡”后.具体陈述了实验操作的方法.并给出了记录数据的表格.对数据的处理是本实验的难点.涉及的物理量多，但仔细观察.就能发现这些数据是有规律可循的.根据实验过程，能够体会到动力（钩码的多少）与动力臂的长短（钩码到支点的垂直距离）可能有关，动力臂越长，需要的动力好像越小……在此基础上进一步分析，二者很可能是反比的关系.等等.为了让同学们真正经历以上探究杠杆平衡条件的实验过程.教科书对数据处理的要求更加开放了.不再给出“对数据进行加、减、乘、除等运算，再找出它们之间的关系”之类的提示.这样的处理在一定程度上，可以避免“凑数”的习惯.而让猜想更符合逻辑、有理、有据，有利于形成良好的思维习惯.

3.杠杆的应用

杠杆的应用主要反映在根据杠杆的平衡条件解决实际问题，教科书依据新闻报道“现代版曹冲称象”的内容.并将之改编为例题.这是一个实际问题.对刚接触杠杆知识的同学来说，有些难度，因此，题目中做了必要的铺垫.

杠杆在生活、生产中的应用广泛，根据实际需要选择合适的杠杆会带来方便，甚至能够完成无法用手直接完成的工作，为使同学们进一步巩固对杠杆的认识，教科书在列举生活实例的基础上，分析了生活、生产中的三种杠杆——等臂杠杆、省力杠杆和费力杠杆.同学们在学习中应明确三种杠杆的特点及优缺点：等臂杠杆不省力不费力，不省距离不费距离：省力杠杆省力，但费距离：费力杠杆费力，但省距离.

关于滑轮的编排

滑轮是在学习了二力平衡、功和功率、杠杆这些知识的基础上介绍的.它的有关内容是对功和功率学习的延续.是对简单机械学习的深化.它为机械效率的学习奠定了基础，是本章的核心内容之一，

教科书首先通过《想想议议》栏目，以有趣的漫画形式，激发大家学习滑轮知识的兴趣和好奇心.

在“定滑轮和动滑轮”的学习中，重点是通过实验研究定滑轮和动滑轮的特点.要亲身体验.分别用定滑轮和动滑轮组装提升重物的装置，观察并分析实验数据，找出定滑轮和动滑轮的特点，加深对滑轮的认识，为学习滑轮组做好知识储备.同时，要通过对比（是否省力、是否可以改变力的方向、是否省距离）找出定滑轮和动滑轮各自的优缺点.这样有利于养成辩证地认识事物的习惯.

在认识到定滑轮和动滑轮的优缺点后.很容易认识到定滑轮和动滑轮组合的必要性，对于“滑轮组”的学习.一方面要学会分析和判断物体由几段绳子吊着.绳子自由端通过的距离s与物体上升的高度^的关系、绕线方式等.另一方面可在教科书的基础上通过实验进行必要的拓展.为学习滑轮组的机械效率做好铺垫.另外，《科学世界》栏目介绍了轮轴和斜面两种常见的简单机械，可以通过自主阅读的方式对它们有所了解，

关于有用功和额外功的引入

机械效率是初中物理学习的一个难点.其原因是多方面的.

第一，由于机械效率问题涉及总功、有用功、额外功等概念，而这些有关功的概念本身较抽象.

第二.同学们很容易将机械效率的高低与机械省力多少混为一谈.误认为机械越省力其机械效率越高.

第三，同一机械的机械效率的高低，不仅与装置本身有关.还与机械的具体使用条件有关.同学们往往认为同一机械的机械效率是固定不变的.容易忽视使用条件对机械效率高低的影响.从而产生错误.

为解决这些困难，教科书采用演示实验的方式引入有用功和额外功的概念.先用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定高度，计算拉力所做的功W1;然后用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，再次计算拉力所做的功W2.之后提问：“这两次拉力所做的功一样吗？为什么？”以上过程，不仅有利于揭示有用功和额外功的实质，还会使同学们对W2>W1有直观的认识.以这一认识为基础，通过分析、讨论，突出使用机械总要做额外功，进而为引出机械效率概念打下基础.

另外，在这个实验中，提升钩码时，用了“缓慢”一词.这是为了让钩码受到的力是平衡力.同时避免计算拉力所做的功部分转化为动能.而影响了有用功和总功的计算.

通过对机械效率的学习，应认识机械效率的高低是反映机械优劣的重要标志之一，进而分析额外功产生的原因，了解提高机械效率的有效途径.

责任编辑 蔡华杰