初三【物理(北京版)】跨学科实践活动指导(2)——机械中妙趣 教学设计x
时间：2020-11-24 17:01:35 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
课程基本信息
课例编号
学科
物理
年级
9
学期
第一学期
课题
跨学科实践活动指导（2）——机械中的妙趣
教科书
书名：义务教育教科书 《物理》九年级（全一册）
出版社：北京师范大学出版社 出版日期：2014年7月
教学人员
姓名
单位
授课教师
指导教师
教学目标
教学目标：
（一）知识与技能
1.了解生活和玩具中的一些简单机械；
2.知道可以利用简单机械实现能量的转化；
3.会组装设计一些简单的机械。
（二）过程与方法
1.通过观察简单机械动作时产生的现象，了解其工作原理；
2.通过组装简单好玩的机械，体验创新设计的方法；
3.通过观察、操作简单机械，发现不足之处，并设法进行改进。
（三）情感、态度价值观
1.通过观察简单机械动作时产生的有趣现象激发学习热情；
2.在设计制作和体验活动中激发学生通过科技创新改变生活的欲望。
3.从古代机械中发现创造的智慧，增强学生的民族自豪感。
教学重点：了解简单机械的应用和设计技巧
教学难点：创新设计有趣实用的简单机械
教学过程
时间
教学环节
主要师生活动
新课引入
同学们好，欢迎来到北京市中小学空中课堂，我是北京教育学院附属丰台实验学校的鲍建中老师。今天我们将一起学习一节跨学科实践活动指导课--机械中的妙趣。
机械就是人们为了完成某项任务时所使用的工具，自从人类开始使用工具，就将人类与其它动物区分开来，使人类进入了文明社会。随着机械的发明与使用不仅方便了各种实践活动，也提高了生产效率，如我国古代的桔槔、扇车、水运连磨等，再如现代的各种交通工具、起重设备、生活用具等使人类进入到了社会发展的快车道。这一节课我们就来设计制作几个简单好玩机械，来体验下机械的妙用。
一、爬行机械人
师：观察生活中汽车，车轴一般都与车轮的圆心同轴，才能保证汽车开动起来平稳运动。就像这辆电动小车，（视频：）前面的两个轮的轴与轮的圆心同轴，后面两轮的轴也与轮的圆心同轴，开动小车后，将其放在水平桌面上，我们可以发观察到，小车平稳向前运动。如果将前轮的车轴折成曲轴，小车又会怎样运动呢？
我们将带有曲轴的车轮安装在小车的电动机上，首先将左右两侧的前轮一前一后放置，开启电动机后，请你猜想一下小车将怎样运动？好，请同学们观察小车的运动情况……我们看到小车就像一个自由泳的运动员，轮番挥舞 “前臂”爬行起来，和你想的一样吗？现在我们改变一下前轮，使两个前轮并排安装，将小车放在水平桌面上，还是先请你猜一下，开启电源后小车又将怎样运动呢？好，请同学们观察小车的运动情况……我们可以看到，这一次小车像蛙泳运动员一样，同时向前挥动双臂，使小车一起一伏地向前爬行。
通过这样一个有趣的实验，你有什么发现？对，我们可以改变机械的形状就可以改变机械的运动状态。
同学们可以看到，当我们改变轮子轴的形状时，小车的运动状态也随之改变，给我们带来了不少的乐趣。同学们也许会问，我们用曲轴改变物体的运动，难道只是为了好玩吗？肯定不只是为了好玩，曲轴结合其它装置可以将一种运动形式转换成多种形式的运动，在实际的机械中有着广泛的应用，如内燃机中曲轴与连杆配合使用，可以将活塞的往复运动转换为飞轮的转动，改换曲轴的角度，还可以实现多个气缸中活塞的联动。
请你改变一下小车曲轴的形状，观察小车还可以产生哪些好玩的运动，动手试一试吧！
二、 水能杵米
师：我们通过制作爬行机械人，发现只要改变机械的形状就可以改变机械的运动形式，如果我们将不同的机械组合在一起又会产生怎样的效果呢？
请同学们注意观察下面的装置中用到了哪些机械？各起到什么作用？
我想同学们已经观察到了，这套装置主要由两部分组成，一部分是可以绕轴转动的一个杠杆，另一部分是在注满水后可以倾覆的容器，人们把它叫做欹器。
在杠杆的一端安装了一个锤头，它是用来做什么的呢？同学们请看这幅图，知道这个装置是做什么用的了吗？对，这是古代杵米的机械，用力踩下杠杆的一端另一端的锤头就会抬起，再抬起脚时，锤头落下杵米，这种机械改变了施力方向，给人们的劳作带来了方便。
“欹器”中又有什么奥秘呢？我仿造古代的“欹器”也做了一个，同学们请看，这是一个用塑料瓶自制的 “欹器”，在没有装水时，容器是倾斜的，装入部分水时，容器便可以直立，如果装水过多，水便会全部倾覆，其实“欹器”利用了重心的相关知识，没有装水时，容器重心偏高，容器倾斜，装入部分水后重心降低，容器变能够直立，水加多后重心升高，容器便不能直立，水便会倾泻而下！这就是人们常说的“空则倾、中则正、满则覆”，教育人们：做人既要心中有物，又要谦虚，才能立得正，心中无物就难以立正，自满便会倾覆，不能进步！所以古人常将其摆在经常能够看得见的地方，时时提醒自己，既要努力学习充实自己，还要保持谦虚的态度，不能骄傲自满，做一个中正好学之人！你明白其中的道理了吗？
这种装置同学们在游乐场里面也能够见到，它给人们带来了无限的乐趣。矿山的翻斗式煤车也是利用了这一原理。
现在我们将“欹器”安装在杵米装置上，带来了哪些方便呢？同学们请看，将“欹器”安装在杵米装置的一端，代替人们用脚踩杠杆，当向“欹器”中注入水时，随着水量增加，重力增大，将锤头抬起，当水量增大到一定程度，“欹器”倾斜将水倒出，锤头落下杵米，然后继续注水，锤头抬起、落下，如此往复便可以不断杵米了。实现了利用水能自动杵米，节约了人力，方便了人们劳作！
同学们，通过水能杵米装置的改进，你有什么发现吗？我想你一定发现，将两种简单机械组装在一起，便可以实现提高生产效率的作用。你还能想到将其它机械组合在一起，设计出新的机械码？请你也来设计一个吧！
三、拉力风车
利用改变机械结构、简单机械组合我们可以创新出更加方便高效的装置，其实我们还可以通过改变施力方式设计出新的机械。
大家看，这是古代人们用来分离谷粒和糠皮的机械——扇车，在扇车的扇叶的轴上安装一个曲轴，摇动曲轴，扇叶便可以转动起来。有没有其它方法使扇叶转动呢？下面我们一起来制作一个拉力风车。
需要准备的材料有塑料瓶、小木棍、冰糕棒、细线、塑料管。工具主要有电钻、热熔胶枪、热熔胶。
首先用电钻分别在塑料瓶的瓶盖、底部中心位置打一个孔，再在塑料瓶的一侧打一个小孔，在冰糕棒的中心打一个孔。将小木棍一端插入冰糕棒的圆孔中，并用热熔胶粘牢。再将细线从塑料瓶一侧的孔中穿入瓶内，并从瓶口抽出，小木棍从外向内插入瓶盖，并将细绳系在小木棍的中间部位，然后将小木棍插入瓶底的圆孔中，最后将塑料管套在圆木棍的一端，防止木棍脱落。这样一个拉力风车就做好了！
咱们来试一试它的效果吧！转动扇叶，让绳子缠在木棍上，然后一只手抓住塑料瓶，另一只手拉动绳子，再松开，一拉一松如此重复动作，观察扇叶的运动。注意观察到什么现象？
我们看到扇叶随着手不断拉动绳子，连续转动来了！你也来做一个拉力风车，研究一下扇叶的运动吧！
学习制作了拉力风车以后，还有同学设计了这样一个拉力转轮，大家先来看一下拉力转轮的结构，它是由两个塑料瓶盖做成的，在两个塑料瓶盖的圆心两侧的对称位置各打了两个小孔，然后将两个塑料盒盖上的小孔对准后合在一起，最后用一根细绳依次穿过四个小孔，并将绳子的两端系在一起。怎样让它转动起来呢?
用两只手分别拉住绳套的两端，向一个方向甩动盒盖，使两股绳子缠在一起，然后用力向两侧拉动绳子，等盒盖转动起来后，再慢慢想内松绳子、再向外来绳子，如此往复，盒盖变快速转动起来！
你还有其它使物体转动起来的方法吗？请你开动脑筋，设计一下并动手制作出来，看一看能不能达到你预期的效果。
小结
同学们，通过今天的学习我们发现，可通过改变机械的结构来改变机械的运动状态，将不同的机械组合在一起，来提高工作的效率，给我们的工作带来方便，还可以通过改变对机械的施力方式使机械运动起来，从而使机械更加实用方便，改变我们的生活和工作方式。希望同学多观察、敢创新、勤动手创新设计、制作出更多的机械装置，服务于我们的生活和生产，期待你的创新作品！祝同学们学习愉快！
