北师大版（2024）八年级下册（2024）探究使用机械是否省功表格教学设计

这是一份北师大版（2024）八年级下册（2024）探究使用机械是否省功表格教学设计，共26页。教案主要包含了15分钟，10分钟，答案解析等内容，欢迎下载使用。
学科
初中物理
年级册别
八年级下册
共1课时
教材
北师大版（主编：郭玉英）
授课类型
新授课
第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于八年级下册第九章“机械和功”的第五节，是学生在学习了功、功率、简单机械（杠杆、滑轮、轮轴）等基础知识后，对机械使用效果的深入探究。教材以“工人通过滑轮组、定滑轮和轮轴提升重物”为真实情境导入，提出核心问题：“使用机械能省功吗？”引导学生从现象出发，通过实验探究的方式，验证“使用任何机械都不能省功”的规律。该节内容承上启下，既是对前几节知识的应用与深化，也为后续学习“机械效率”奠定理论基础。同时，教材通过例题、交流讨论、实践活动等形式，帮助学生建立“有用功”“额外功”“总功”“机械效率”等关键概念，发展科学思维与实证意识。
学情分析
八年级学生已掌握功的基本概念（ W=F·s ），了解杠杆、滑轮等简单机械的作用，具备一定的实验操作能力与数据分析能力。但对“省功”这一抽象概念存在误解，常误认为“省力就是省功”，缺乏对能量守恒思想的深刻理解。部分学生虽能进行基本测量，但在控制变量、设计对比实验方面经验不足，容易忽略摩擦、动滑轮自重等因素对实验结果的影响。因此，教学中需创设真实任务情境，引导学生通过对比实验、数据比较、逻辑推理等方式突破认知误区，建立“功的原理”这一核心观念。可通过小组合作探究、角色扮演、生活案例分析等方式激发兴趣，提升科学探究素养。
课时教学目标
物理观念
能够准确区分有用功、额外功和总功，并能用公式 W总=W有用+W额外 描述三者关系。
理解“使用任何机械都不能省功”的基本原理，初步形成能量守恒的物理观念。
科学思维
能够设计对比实验方案，通过控制变量法比较使用机械与不使用机械时做功大小，发展实验设计能力。
能基于实验数据进行分析推理，归纳得出“使用机械不省功”的结论，提升逻辑思维与批判性思维能力。
科学探究
能在教师引导下独立完成“探究使用动滑轮是否省功”的实验，规范记录数据并填写实验表格。
能在小组合作中分工协作，共同完成实验操作、数据处理与结论汇报，增强团队协作能力。 科学态度与责任
能在实验过程中实事求是，尊重实验数据，敢于质疑“省功”等错误观点。
2. 能结合生活实例，如建筑工地、电梯、螺旋楼梯等，体会机械在提高效率、改善生活中的作用，增强技术应用的责任感。
教学重点、难点
重点
1. 掌握有用功、额外功、总功的概念及其计算方法。
2. 通过实验探究，理解“使用任何机械都不能省功”的物理规律。
难点
1. 理解“不省功”背后的能量转化本质——克服摩擦、提升机械自身等过程消耗能量，导致总功增加。
2. 在实验设计中准确控制变量，排除干扰因素（如摩擦、绳重）对实验结果的影响，确保结论可靠性。
教学方法与准备
教学方法
议题式教学法、情境探究法、合作探究法、讲授法
教具准备
动滑轮、定滑轮、铁架台、细绳、弹簧测力计、钩码、刻度尺、多媒体课件
教学环节
教师活动
学生活动
情境导入，提出问题【5分钟】
一、创设真实情境，引发认知冲突
（一）、展示图片，讲述故事
1. 教师出示图9.51：一个工人正用滑轮组、定滑轮和轮轴从深井中吊起重物。
2. 提问引导：“同学们，你们见过这样的场景吗？为什么工人不直接用手把重物提上来，而是要用这么多复杂的机械呢？”
3. 继续追问：“这些机械真的‘省力’了吗？那它们是不是也‘省功’了？如果省功，那我们岂不是能造出永远不用耗能的机器？”
4. 引导学生思考：省力 ≠ 省功。既然省力，是否意味着做的功更少？这正是我们今天要探究的核心问题。
5. 板书课题：第五节 探究使用机械是否省功。
6. 抛出驱动性问题：“使用机械真的能省功吗？我们如何判断？”
7. 情境延展：假设你是工地负责人，需要决定是否使用滑轮组提升重物。你会依据什么标准来判断它的优劣？是省力？还是省时间？或是其他？
8. 暗示学生：功是衡量能量转化的物理量，我们要从“做功多少”这个角度来评判机械的真正价值。
9. 告知学生：本节课将通过一组对比实验，揭开“省功”的真相。
二、明确探究目标，构建研究框架
（一）、提出探究思路 1. 教师引导：“要判断使用机械是否省功，我们应如何设计实验？” 2. 启发学生回忆功的定义： W=F·s ，功由力和在力的方向上移动的距离决定。 3. 提出对比实验的设计原则：必须对同一物体完成相同的任务（即提升相同高度），然后分别测量两种情况下人所做的功。 4. 明确实验变量： 自变量：是否使用机械（动滑轮） 因变量：人所做功的大小（ W1 和 W2 ） 控制变量：重物质量、上升高度、匀速运动、环境条件一致。 5. 强调实验操作要求：必须缓慢匀速提升，避免动能变化影响结果；拉力方向竖直向上，读数准确。 6. 展示实验装置示意图，介绍所需器材：动滑轮、钩码、弹簧测力计、刻度尺、铁架台。 7. 提醒学生注意安全：防止滑轮掉落，避免手部被夹伤。 8. 分组说明：每4人一组，轮流担任操作员、记录员、观察员、汇报员，确保人人参与。 9. 分配实验任务卡，包含实验步骤、数据记录表（表9.51）及思考问题。
1. 观察图片，思考问题，发表见解。
2. 与同伴讨论“省力是否等于省功”。
3. 明确本节课的研究任务：探究使用动滑轮是否省功。
4. 理解实验设计的基本逻辑：控制变量，对比做功。
实验探究，数据收集【15分钟】
一、分组实验，动手操作
（一）、实验一：直接用手提起重物，测量做功 W11. 教师示范：将一个500g钩码挂在弹簧测力计下，保持竖直方向，缓慢匀速地将其从地面提升至1米高度。
2. 强调操作要点： 保持弹簧测力计竖直，避免倾斜。 提升速度要慢，确保匀速，防止指针晃动。 读数时视线与刻度垂直，精确到0.1N。 记录拉力 F 和上升距离 ℎ ，计算 W1=F·ℎ 。
3. 学生分组实践，一人操作，一人读数，一人记录，一人监督。
4. 教师巡视指导，及时纠正错误操作，如斜拉、快速拉动、读数不准等。
5. 提醒学生：此过程中，人只对重物做功，不涉及其他部件。
6. 记录数据填入表9.51第一行： F /N：约4.9（因 G=mg=0.5×10=5N ，实际略小于5，考虑空气阻力） ℎ /m：1.0 W1 /J：4.9
7. 引导思考：此时人做的功全部用于提升重物，是“有用功”。
8. 询问各组结果是否一致，若差异较大，引导分析原因（如速度不均、读数误差）。
9. 鼓励学生相互检查数据，培养严谨态度。 （二）、实验二：使用动滑轮提起重物，测量做功 W21. 教师演示安装动滑轮：将动滑轮固定在钩码上方，绳子一端固定于铁架台，另一端连接弹簧测力计。
2. 强调关键点： 绳子自由端必须竖直向上拉。 动滑轮随重物一起上升，其移动距离为 ℎ 。 绳子自由端移动距离 s=2ℎ （因动滑轮有两段绳子承担重量）。 必须保证整个系统匀速上升。
3. 学生分组操作，按步骤进行： 固定装置，挂好钩码。 用弹簧测力计缓慢竖直拉动绳子，使重物匀速上升1米。 读取拉力 F′ ，记录 F′ 和 s （应为2.0m）。 计算 W2=F′·s 。
4. 教师巡视，重点检查： 绳子是否平行于竖直方向？ 拉力是否稳定？ s 是否测量准确（应为2倍 ℎ ）？ 是否出现滑轮卡顿或摩擦过大？
5. 指导学生记录数据： F′ ：约2.7N（理想情况应为2.5N，但实际因动滑轮自重和摩擦略高） s ：2.0 W2 ：5.4J
6. 对比两组数据： W1=4.9J ， W2=5.4J ，明显 W2>W1 。
7. 提问：“这说明了什么？使用动滑轮是否省功？”
8. 引导学生初步得出结论：使用动滑轮并没有省功，反而做了更多的功。
9. 鼓励学生提出疑问：为什么多做了功？多出来的功去哪儿了？
10. 播放短视频片段：动滑轮在提升过程中，不仅提升重物，还提升了自身重量，且绳子与滑轮之间存在摩擦。
11. 结合教材原文讲解：“使用动滑轮并不省功。因为不仅要提升重物做功，还要提升动滑轮本身做功，还要克服摩擦做功。”
12. 板书关键句：“使用任何机械都不能省功。” 13. 引出新概念：有用功、额外功、总功。
14. 定义解释： 有用功：提升重物所做的功， W有用=G物·ℎ 额外功：提升动滑轮、克服摩擦等所做的功， W额外 总功：人拉绳子做的功， W总=W有用+W额外
15. 举例说明：若 W有用=4.9J ， W额外=0.5J ，则 W总=5.4J ，与 W2 一致。
16. 强调：总功总是大于有用功，因为总有额外功存在。
17. 布置任务：请各组根据实验数据，在表格中补充完整 W1 、 W2 的值，并填写结论。
18. 指导学生填写表9.51最后一栏：“ W2 ______ W1 ” → “大于”
19. 请代表发言：“实验结果说明：使用动滑轮不能省功，反而需要做更多的功。” 20. 评价任务：数据准确：☆☆☆ 操作规范：☆☆☆ 结论清晰：☆☆☆
1. 分组合作，规范操作，完成实验一和实验二。
2. 准确测量拉力、距离，认真计算功。
3. 详细记录数据于实验报告单。
4. 与组员讨论实验结果，分析差异原因。
概念建构，深化理解【10分钟】
一、提炼核心概念，建立模型
（一）、引入“机械效率”概念
1. 教师提问：“既然使用机械不能省功，那我们为什么还要用它？”
引导学生思考：虽然总功增加了，但我们可以省力、改变方向、节省时间，提高效率。
3. 引出“机械效率”：表示有用功在总功中所占的比例。
4. 板书公式： η=W有用W总
5. 解释含义： η 越大，说明有用功占比越高，机械越高效。
6. 强调： η 总是小于1，通常用百分数表示。
7. 举例说明：若 W有用=10000J ， W总=10500J ，则 η=1000010500≈95.2% 。
8. 说明：理想情况下，若无摩擦、无自重，则 η=100% ，但现实中不可能达到。
9. 播放动画：展示不同机械的效率对比，如滑轮组、斜面、杠杆。
10. 提问：“为什么有些机械效率高，有些低？” 11. 引导学生讨论影响因素： 机械自身重量（动滑轮越轻，额外功越小） 摩擦程度（润滑越好，摩擦越小） 负载大小（物重越大，有用功占比越高） 12. 结合教材交流讨论题1：“影响滑轮组机械效率的因素有哪些？”
13. 学生回答后，教师总结： 物体重力（越大，效率越高） 动滑轮重力（越小，效率越高） 摩擦（越小，效率越高）
14. 拓展：介绍“斜面与螺旋”章节内容，类比分析：斜面越平缓越省力，但机械效率越低，因为接触面积大，摩擦大。
15. 提问：“螺旋的机械效率与什么因素有关？” 16. 引导学生类比：螺纹越密，越省力，但摩擦越大，效率可能降低。
17. 评价任务：概念正确：☆☆☆ 解释清晰：☆☆☆ 联系实际：☆☆☆
1. 理解“机械效率”概念及其意义。 2. 能用公式 η=W有用W总 进行简单计算。 3. 能列举影响机械效率的因素。 4. 尝试类比斜面与螺旋，分析效率影响因素。
例题解析，应用迁移【10分钟】
一、例题讲解，规范解题
（一）、分析例题：滑轮组提升沙桶 1. 教师出示例题原文： “如图953所示，工人利用滑轮组将一桶沙子从地面提升到9 m高的楼层，桶和沙子的总质量为118 kg，动滑轮的质量为2 kg。忽略摩擦和绳重，g取10 N/kg。求滑轮组的机械效率。” 2. 引导学生审题： 已知： m总=118kg ， m动=2kg ， ℎ=9m ， g=10N/kg 求： η=? 隐含条件：忽略摩擦和绳重，故额外功仅来自提升动滑轮。 3. 分析解题思路： 有用功：提升桶和沙子所做的功 W有用=G物·ℎ 额外功：提升动滑轮所做的功 W额外=G动·ℎ 总功： W总=W有用+W额外 机械效率： η=W有用W总4. 教师板演计算过程： G物=m总g=118×10=1180N G动=m动g=2×10=20N W有用=1180×9=10620J W额外=20×9=180J W总=10620+180=10800J η=1062010800=0.983=98.3%5. 强调计算步骤与单位统一的重要性。 6. 提问：“为什么机械效率高达98.3%？” 7. 引导学生回答：因为动滑轮质量很小，额外功占比极低。 8. 评价任务：步骤完整：☆☆☆ 计算准确：☆☆☆ 格式规范：☆☆☆
1. 仔细阅读例题，理解题目信息。
2. 跟随教师思路，分析解题路径。
3. 学习规范书写计算过程。
4. 理解“高效率”的成因。
课堂小结，拓展延伸【5分钟】
一、总结反思，升华主题
（一）、回顾核心知识 1. 教师引导学生共同回顾： 本节课探究的核心问题是什么？→ 使用机械是否省功？ 实验结论是什么？→ 不能省功。 为什么不能省功？→ 因为有额外功（提升机械、克服摩擦）。 什么是机械效率？→ 有用功占总功的比例。 2. 板书知识结构图： 功的原理：使用任何机械都不能省功。 三功关系： W总=W有用+W额外 效率公式： η=W有用W总3. 提问：“如果未来发明了一种完全没有摩擦、质量为零的机械，它的效率能达到100%吗？” 4. 引导学生思考：即使没有摩擦和自重，仍需输入能量来启动、维持运动，理论上可接近100%，但无法真正达到。 5. 情境升华：广告画“事无大小，必尽全力”——强调无论任务大小，都应全力以赴，哪怕效率不高，也要尽力而为。 6. 评价任务：归纳全面：☆☆☆ 语言简练：☆☆☆ 情感共鸣：☆☆☆
1. 回顾本节课所学知识。
2. 思考“效率”在生活中的意义。
3. 体会“尽全力”的精神内涵。
评价任务
数据准确：☆☆☆
操作规范：☆☆☆
结论清晰：☆☆☆
设计意图
通过真实工程情境导入，激发学生探究兴趣；设计对比实验，让学生亲身经历“发现问题—设计实验—收集数据—得出结论”的完整科学探究过程，突破“省功”认知误区；借助例题训练，实现知识向能力的转化；通过生活化案例与哲学思辨，实现科学素养与人文精神的融合，落实“科学态度与责任”核心素养。
评价任务
概念正确：☆☆☆
解释清晰：☆☆☆
联系实际：☆☆☆
设计意图
通过概念提炼与模型构建，帮助学生从感性认识到理性认知跃迁；结合生活实例与跨学科类比，拓展思维广度，深化对“效率”本质的理解，培养学生科学思维与创新意识。
评价任务
步骤完整：☆☆☆
计算准确：☆☆☆
格式规范：☆☆☆
设计意图
通过典型例题的精讲精练，规范学生解题思维与表达习惯；强化公式应用与单位换算能力，为后续综合计算打下坚实基础。
评价任务
归纳全面：☆☆☆
语言简练：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
设计意图
通过总结与升华，帮助学生构建知识体系；融入价值观教育，实现知识、能力、情感三维目标的统一，体现“立德树人”根本任务。
作业设计
一、基础巩固
1. 请写出“功的原理”内容：______________________________________________________。
2. 请写出机械效率的计算公式：______________________________________________________。
3. 一台起重机将质量为2000kg的货物提升10m，拉力做的功为2.5×10⁵J。求：（1）有用功是多少？（2）额外功是多少？（3）机械效率是多少？
（g=10N/kg）
二、能力提升
4. 小明用滑轮组将一个重为800N的物体匀速提升3m，他所用的拉力为300N，绳子自由端移动了9m。求：（1）拉力做的功；（2）提升物体做的有用功；（3）动滑轮重（忽略绳重和摩擦）；（4）该滑轮组的机械效率。
5. 请分析下列说法是否正确，并说明理由：
（1）使用机械可以省功。
（2）机械效率越高，做的功越多。
（3）有用功越多，机械效率就越高。
（4）减小动滑轮的重力，可以提高机械效率。
（5）使用机械一定省力，所以一定省功。
三、拓展探究
6. 请查阅资料，了解我国古代机械的发展史（如桔槔、辘轳、水车等），写一篇不少于300字的小论文，题目为《中国古代机械智慧》。要求：列出至少三种古代机械，说明其工作原理，并谈谈你从中获得的启示。
7. 观察家中使用的工具（如剪刀、螺丝刀、扳手等），分析它们属于哪一类简单机械，并尝试估算其机械效率（可用定性描述，无需精确计算）。
【答案解析】 一、基础巩固 1. 使用任何机械都不能省功。 2. η=W有用W总3. （1） W有用=Gℎ=2000×10×10=2×105J（2） W额外=2.5×105−2×105=5×104J（3） η=2×1052.5×105=80%二、能力提升 4. （1） W总=Fs=300×9=2700J（2） W有用=Gℎ=800×3=2400J（3） W额外=2700−2400=300J ， G动=W额外ℎ=3003=100N（4） η=24002700≈88.9%5. （1）错误。使用机械不能省功，但可以省力或改变方向。 （2）错误。效率高说明有用功占比高，但总功可能小也可能大。 （3）错误。效率取决于比例，不是绝对值。 （4）正确。减小额外功可提高效率。 （5）错误。省力≠省功，且并非所有机械都省力。 三、拓展探究 6. （参考答案）略。 7. （参考答案）略。
板书设计
【第五节 探究使用机械是否省功】 ? 核心问题：使用机械能省功吗？ ? 探究实验： 1. 直接提升： W1=F·ℎ2. 使用动滑轮： W2=F′·s→ 比较 W1 与 W2✅ 实验结论： W2>W1→ **使用任何机械都不能省功** ? 三功关系： 有用功 W有用=G物ℎ 额外功 W额外 （提升机械、克服摩擦） 总功 W总=W有用+W额外? 机械效率： η=W有用W总 η