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1、《功的原理》實驗教學(xué)設(shè)計
湖北省宜城市官莊中學(xué)：易銳敏 龔方清
本人從教多年的初中物理教學(xué)任務(wù)，在演示“使用簡單機械是否可以省功”實驗教學(xué)時，都苦于如何把動力——手的拉力F由計算得出能清楚明了的給學(xué)生講明白。主要原因是前面在學(xué)習(xí)杠桿的平衡條件和動滑輪的特點有關(guān)知識時，動力F都是通過彈簧測力計測出來的，而教材在這里卻要用杠桿平衡條件及動滑輪省一半力的結(jié)論來計算得出手拉動杠桿和動滑輪的力，不再用彈簧測力計測出來。然而這樣就會帶來一系列的理論推導(dǎo)。特別是在探究杠桿是否省功時，動力F若按照杠桿平衡條件：FL1=GL2測出L1L2計算出F比較困難，原因是L1L2的測量不方便；若F利
2、用杠桿平衡條件和相似比得出：F=GL2/L1,S=hL1/L2, 對學(xué)生來說又有一定的難度，導(dǎo)致理解起來非常困難，容易讓學(xué)生失去學(xué)物理的耐性，所以本人對此實驗做了如下更改，目的是為了更方便更直觀地幫助學(xué)生掌握知識，做到易學(xué)易懂，達(dá)到輕松教快樂學(xué)的教學(xué)目的。
實驗名稱：使用杠桿是否可以省力？
實驗器材：杠桿、砝碼、鐵架臺、彈簧測力計、刻度尺
F
F
G
h
s
圖1，使用杠桿提升重物
實驗步驟：
1、用彈簧測力計測出砝碼重為G。
2、如圖1所示，用彈簧測力計勻速豎直向下拉動杠桿，用刻度尺分別測出物體和彈簧測力計移動的距離為h，s，讀出彈簧測計的示數(shù)為
3、F1。
3、動力F= F1—F2（F2為彈簧測力計自身重）。[注：因為用彈簧測力計向下拉，彈簧測力計有自重，為了消除實驗誤差，所以彈簧測力計的示數(shù)必需減掉彈簧測力計的自重。]
表格1：
砝碼重G/N
砝碼提升的高度h/m
直接用手所做的功W1/J
動力F/N
手移動的距離S/m
使用杠桿所做的功W2/J
杠桿
S
h
F
F
G
圖2
通過以上測試可輕易得出：W1=W2，從而得到使用杠桿不省功的正確結(jié)論。本實驗設(shè)計杠桿懸掛在中點，目的是為了消除杠桿自身重的影響，動力F沒有對杠桿做功，使得使用機械所做的功與不用機械所做的功相等。
在完
4、成上述實驗基礎(chǔ)上，再按人教版課本圖15.1—3做實驗，用彈簧測力計勻速豎直向上提起，讀出彈簧測力計的示數(shù)F，測出砝碼重G，用刻度尺分別測出砝碼和動力移動的距離為h，s，計算出W1=G h，W2=F s，得出W2＞W(wǎng)1的結(jié)論。此結(jié)論和上面的W1=W2不同，原因是用杠桿提升物體如圖2，不但對物體做了功，而且對杠桿也做了功，因為杠桿的重心升高了。所以使用杠桿不但不省功，反而費功。
實驗名稱：使用動滑輪是否省功？
實驗器材：滑輪、細(xì)繩、砝碼、刻度尺、彈簧測力計
h
G
S
F
F
實驗步驟：1、用彈簧測力計測出鉤碼重為G；
2、如圖3所示，用彈簧測力計勻速
豎直向上拉動物體，讀出彈
5、簧測力計
的示數(shù)為F，用刻度尺分別測出物體
上升的高度h和彈簧測力計移動
的距離s，填入下表：
圖3，使用動滑輪提升物體
表格2：
砝碼重G/N
砝碼提升高度h/m
直接用手所做的功W1/J
動力F/N
手移動的距離s/m
使用機械所做的功W2/J
動滑輪
通過以上數(shù)據(jù)可得出：W2＞W(wǎng)1，即使用動滑輪費功。原因是使用動滑輪不但把物體提起來了，而且把動滑輪也提起來了，對動滑輪也做了功；若動滑輪很輕，質(zhì)量可以忽略不計，則F=1/2G，又因為s=2h （此結(jié)論在前面研究動滑輪特點時已經(jīng)得出），這樣計算出來的是W1=W2，即使用動滑輪不省功。
終上所述，通過上述實驗，使學(xué)生明白了在使用機械時，若不考慮機械自重W1=W2；若考慮機械自重W2＞W(wǎng)1（老師可補充說明使用機械費功的原因不光有機械自重還有摩擦等因素）。從而得出：使用機械時，人們所做的功，都不會少于不用機械時所做的功，也就是使用任何機械都不省功，即功的原理。本實驗教學(xué)設(shè)計通過略微的更改之后，改變了以往教學(xué)中通過繁，難的理論推導(dǎo)計算，改為通過探究實驗，學(xué)生親自動手，實地操作，從而更容易讓學(xué)生接受。
《功的原理》實驗教學(xué)設(shè)計
