2022年《人與機械》教案

1、. 人與機械 教學目標 學問和技能 1鞏固機械功的原理；2能嫻熟運算機械效率,并知道其代表的物理意義；3懂得功率和機械效率是從不同方面反映機械性能的兩個物理量,它們之間無必定的聯(lián)系；4明白現(xiàn)代機械的進展水平；過程和方法 留意中學舊學問的擴展、遷移；通過舉例和分析來解決重點,突破難點；懂得功率和機械效率的不同 物理意義；情感態(tài)度與價值觀 1通過對機械效率的學習,領(lǐng)會到不論什么情形下提高機械效率都是特別重要的,它不僅有很高的 經(jīng)濟價值,仍能提高人們的效率意識,而講究效率正是現(xiàn)代人必需具備的基本素養(yǎng)之一；2樹立崇高的抱負,大膽地創(chuàng)造、制造,以不斷改造人類自己的生存條件,最終達到人與自然的和 諧進展；

2、 教學重點 1能嫻熟運算機械效率,并知道其代表的物理意義；2懂得功率和機械效率是從不同方面反映機械性能的兩個物理量,它們之間無必定的聯(lián)系； 教學難點 1懂得功率和機械效率是從不同方面反映機械性能的兩個物理量,它們之間無必定的聯(lián)系；2辨證熟識智能化機械使用的利與弊； 教學時數(shù) 1 課時 教學器材 投影儀、投影片、視頻資料、自行車、小型機器人模型等簡潔機械；專業(yè) . . 教學過程 新課導(dǎo)入 老師：前面我們已經(jīng)學習了功率的概念,請同學們回憶一下引入功率這一概念的物理意義是什么？引發(fā)同學摸索,讓同學加深對功率的懂得,為更好地明白機械效率與功率的異同服務(wù)；猜測同學的回答可能有：1、功率是描述做功快慢的物

3、理量；2、功率大就意味著單位時間內(nèi)做的功就越多；3、 老師：機械是不是可以隨便地增大自己的功率呢？猜測同學的回答可能有：1、不行以隨便地增大自己的功率,任何機械都有一個最大的輸出功率,即額定功率 2、可以增大自己的功率,只要加大油門；3、可以增大自己的功率,只要換個發(fā)動機就行了；4、 引發(fā)同學聯(lián)系實際地摸索,培育同學的發(fā)散思維才能,又能更好地激發(fā)同學的學習愛好,老師再加 以指導(dǎo), 指明加大油門只能是實際功率未達到額定功率時可行,換功率更大的發(fā)動機在實際中不切實可行,除非另行安裝發(fā)動機備用,從而得出不行以隨便地增大自己功率的結(jié)論新課推動一、功率與機械效率老師：功率的大小是衡量一個機械做功才能的重

4、要物理量,功率越大說明該機械單位時間內(nèi)做的功就 越多,那是不是功率越大的機械就越好呢？大家不妨摸索這樣一個我們熟識的例子：是不是學習時間越長的同學,學習成果就越好呢？事實是不 肯定的,為什么呢？除了要有時間保證,仍要有科學的學習方法,有較高的學習效率才可以；由此聯(lián)想到 機械做功是否也有一個效率問題呢？提出懸念,引發(fā)摸索,讓同學在中學學習的機械效率基礎(chǔ)上,通過閱讀教材 P16 內(nèi)容,經(jīng)過摸索、專業(yè) . . 整理、歸納得出結(jié)論,實現(xiàn)初、高中物理學問的連接和平穩(wěn)過渡；1. 機械效率的運算： =W 有用P 有用板書W 總P 總老師：如何懂得“ 機械效率呢？請舉例說明有用功、額外功和總功；猜測同學結(jié)合中

5、學所學可能列舉的實例有：1利用滑輪組在豎直方向提高重物,克服重物的重力所做的功是有用功,即 W有用=G物 h；克服滑輪 與其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力做功、克服動滑輪及繩子重力所做的功是額外功；2利用滑輪組在水平方向勻速移動物體,克服物體所受阻力做的功是有用功,即W有用=f阻s；克服滑輪與其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力做功是額外功；3利用滑輪組在斜面上移動重物,克服重物的重力所做的功是有用功,即 W有用=G物 h；克服滑輪與 其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力做功、克服動滑輪及繩子重力所做的功是額外功；4 說明：對同學所舉的各種實例可能有問題或不完整,老師應(yīng)勉勵同學在溝通中補充完善自己的熟識；老師：上述實例中,我們把重物提高到肯定

6、高度,或在水平、斜面上使重物移動肯定的距離,就是我 們使用簡潔機械的目的,對使用機械是有利用價值的,所做的功是有用功；而滑輪組克服滑輪與其轉(zhuǎn)軸之 間的摩擦力做功、提升重物過程中克服動滑輪及繩子重力所做的功等是額外功；作用在機械上的動力對機 械做的功就是總功,即 W總=F 動 s,或 W總=W有用+W額外；老師：機械效率是不是總小于 1？同學經(jīng)分析不難得出正確的答案：是的,由于 W有用總是要小于 W總；老師：引入機械效率的物理意義是什么？它和功率又有什么區(qū)分呢？提出問題,引發(fā)摸索和比較,讓同學通過閱讀教材 表達新課程中提倡的自主性學習；P16P17內(nèi)容,經(jīng)過摸索、歸納、自主得出結(jié)論,2. 功率和

7、機械效率的區(qū)分：功率是表示做功的快慢；機械效率是表示機械對總能量的利用率；它們之 間沒有什么必定的聯(lián)系；板書老師：機械效率是表示機械做功或利用機械實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的有效程度的物理量,機械效率越高,有用 功所占的比例就越多,額外功所占的比例就越少,同學們能否找到提高機械效率的例子呢？讓同學列舉例子,并歸類總結(jié)專業(yè) . . 猜測同學可能列舉的實例有：1在建筑工地上把一車水泥運到樓頂,采納吊車比工人用手搬運省時、省力,提高工作效率；2用水泵抽水比人工提水澆灌農(nóng)田省時、省力,提高工作效率；3乘自動扶梯或電梯上樓比直接走上樓更省時、更輕松；4 二、機械的使用1、機械使用的意義老師：我們生活中無處不在使用著機

8、械,可以說人類已經(jīng)很難離開機械了,那么人類使用機械的目的 是什么呢？猜測同學的回答可能有：1可以代替人力做功2可以完成超越人力的工作3可以使人們的工作變得更輕松更有效率4 說明：讓同學通過摸索自己身邊所熟識的問題,熟識機械的使用和人們的生活息息相關(guān),從而熟識到 提高機械效率具有特別重要的意義,增強效率意識；2同學進行溝通活動老師：同學們能聯(lián)系實際說說使用機械的好處嗎？將同學分為假設(shè)干小組,每組各找一個熟識的機械為討論對象,并進行溝通總結(jié)所討論的機械使用的 妙處,最終每組選一個代表總結(jié)小組討論的成果；勉勵積極摸索,查找熟識的機械使用例子,體驗合作溝通學習方法的好處,拓寬各自的學問面,感 受得出討

9、論成果的歡樂,達到內(nèi)化學問,提升才能,培育同學應(yīng)用物理學問解決實際問題才能,促進同學 各方面的進展,提高同學學習的愛好；3學問拓展專業(yè) . . 接著老師播放視頻介紹現(xiàn)代機械的進展,播放終止后進行總結(jié)：毫無疑問,智能化機械的使用給人類 帶來了很多的便利,但假如不能合理地利用這些成就,也同樣會給人類帶來危害；你能想象嗎？在醫(yī)院的手術(shù)臺前,機器人在為病人做開顱手術(shù)；在遠離地球的月球表面,機器人在代 替人類采集月球標本；在將來的戰(zhàn)場上,可能有一種體積猶如昆蟲的武器,竟能使一座城市的電力全部癱 瘓 這些并非是科學幻想,而是正在或?qū)⒁蔀楝F(xiàn)實；機器人是人類制造的一種機器,也是人類制造的 一個宏大奇跡,機器

10、人的顯現(xiàn)滿意了人類的一種幻想；這就是說,在某些方面,機器人具有超人的才能；那么,目前世界上機器人技術(shù)進展到了一個什么樣的水平,又在哪些領(lǐng)域得到應(yīng)用？在機器人時代向我們 走來的同時,讓我們走進機器人,明白一下機器人的世界吧！被稱為人類生活和生產(chǎn)“ 最忠實的伴侶的機器人,近幾年來取得飛速進展,引起世人的關(guān)注；經(jīng)過近幾十年的進展,機器人已初步形成了一個近百萬人的“ 王國,機器人進展快速、種類繁多,國際上依據(jù)其技術(shù)特點和規(guī)模大小的不同,對它們進行了分類；1990 年在工業(yè)機器人國際標準大會上把機器人分為四類：1次序型；很多固定作業(yè)的裝配機械手都屬于此類；2沿軌道作業(yè)型；這類機器人能執(zhí)行受控過程；3遠距

11、離作業(yè)型；這類機器人可接受遙控,對操作者的行為反應(yīng)可通過編程實現(xiàn),應(yīng)用于核工業(yè)、真空、宇宙、海洋開發(fā)等應(yīng)用領(lǐng)域；4適應(yīng)型或者智能型；它們具有感知、適應(yīng)或?qū)W習功能；詳細可分為工業(yè)機器人、農(nóng)業(yè)機器人、特種工作機器人、醫(yī)療機器人、體育機器人、講解機器人、服務(wù)機器人、戰(zhàn)場機器人、“ 小人國機器人 等等,其中“ 特種機器人又可分為太空機器人、核工業(yè)機器人、深海機器人以及救災(zāi)機器人等；在這個機器人王國中,目前主要成員是工業(yè)機器人,它占總數(shù)的 70 以上, 全球正在工作的工業(yè)機器 人共有 74 萬,我國有 3000 臺左右；這只新興工業(yè)大軍的形成,必將為人類的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作出突出奉獻；工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛地應(yīng)用

12、于各種自動化的生產(chǎn)線上,它是機器人家族中最重要的成員；最初主要是 為明白決工業(yè)生產(chǎn)中的自動化問題,由機械手臂、掌握裝置、機座、能源裝置和驅(qū)動裝置等幾部分構(gòu)成；工業(yè)機器人大部分在汽車制造、電子、機械等行業(yè)從事焊接、油漆、裝配、包裝、零件加工、搬運等專業(yè) 性工作；機器人是人類制造的一種特殊機器,在生產(chǎn)和生活等方面,特殊是在危急和極限環(huán)境作業(yè)中,有著廣 泛的應(yīng)用前景；機器人正進展成為一個巨大的家族,代替人們從事各種各樣的工作；專業(yè) . . 1核事故機器人板書在法國希農(nóng) A2號核反應(yīng)堆的一個特殊場地,集合著各種負責核干預(yù)任務(wù)的機器人,一旦發(fā)生放射性物質(zhì)泄漏的嚴峻事故,人們就可以借助它們對事故進行處理；

13、這些機器人可以進行認知、提取和測量；2仿生氣器人板書“ 仿生氣器人是指仿照生物、從事生物特點工作的機器人；目前在西方國家,機械寵物特別流行,另外,仿麻雀機器人可以擔任環(huán)境監(jiān)測的任務(wù),具有寬闊的開發(fā)前景；21 世紀人類將進入老齡化社會,發(fā)展“ 仿人機器人將補償年輕勞動力的嚴峻不足,解決老齡化社會的家庭服務(wù)和醫(yī)療等社會問題,并能開 辟新的產(chǎn)業(yè),制造新的就業(yè)機會；美國研制出一種機器金槍魚,它身長 6m,軀體由鋁鏈環(huán)組成,游動時它的時速只有 9.7km,但可以橫 渡大西洋漫長的海疆；它主要用來測量海水的溫度、密度和流速, 并把這些數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星傳送到世界各地；3昆蟲機器人板書美國麻省理工學院研制出一種好

14、玩的昆蟲機器人,它的特點在于能夠由感應(yīng)的信息直接導(dǎo)致類似人類 條件反射活動的反應(yīng)；最先進的步行智能機器人“ 埃爾瑪,是一種形似蝗蟲的智能多腦機器人,每條腿上都有自己獨立的 人造神經(jīng)系統(tǒng),它的智力水平與昆蟲大致相當,它是目前世界上步行智能機器人中最先進的；4飛行機器人板書又名無人駕駛飛行器,這種機器人真正令世人刮目相看是在 防治火災(zāi)；5. 太空機器人板書20 世紀 80 歲月中期,它用來巡查森林、在人類建造大型的宇宙空間站的工作中,機器人是不行缺少的；它們由航天飛機送往與太空站相同的 軌道上,宇航員可以在太空站工作臺上操縱這些太空機器人；科學家把機器人送往太空,讓它們清掃太空 垃圾,建造太空站以

15、及修理人造衛(wèi)星；日本研制的修理人造衛(wèi)星的高性能太空機器人,它適于在失重的條件下工作；專業(yè) . . 美國研制的新型星球探究機器人“ 亥伯龍?zhí)?這種機器人最特殊的功能,就是可以在發(fā)生故障和陷入困境的時候, 智能化地自動追蹤太陽從而連續(xù)獲得能量；6. 機器人醫(yī)生板書聽起來很像是中國古代的“ 夸父追日的故事；麻醉,建立先進的閉式體外循環(huán),在胸部打兩個小孔,機械手伸了進來,“ 握住了進入人體內(nèi)的小攝像頭；切口,開頭做手術(shù)；這種名叫“ 利薩的機械手為近30 位病人做過手術(shù),“ 利薩在手術(shù)中負責“ 抓著攝像頭,“ 聽著大夫發(fā)出的“ 上、下、左、右移動 的指令,用電腦進行聲控,使他通 過電腦顯示屏,看清晰手術(shù)

16、的視野,以便操作；7. 替身機器人板書極限作業(yè)中替身機器人可上太空可下深海；它可以代替人類從事很多人所不能及的工作,它除了能去 人不能去的海底和太空外,假如在耳朵和眼睛上加上特殊的感測器,它仍能觀察人所不能觀察的東西,聽 到人所無法聽到的聲音；8. 微型機器人板書機器人技術(shù)正在向微型化和超微型化方向進展,很多微型機器人將在寬闊的領(lǐng)域中工作；微型機器人 又稱為“ 明天的機器人,它同智能機器人一起成為科學家們追求的目標；進展微型和超微型機器人的知道思想特別簡潔：某些工作假設(shè)用一臺結(jié)構(gòu)巨大、價格昂貴的大型機器 人去做,不如用成千上萬個特別低廉、細小而極簡潔的機器人去完成；機器人機器人技術(shù)正在向微型化

17、和 超微型化方向進展,很多微型機器人將在寬闊的領(lǐng)域中工作；超微型機器人是一種極度縮小了的機器人,它只有人的頭發(fā)絲那樣粗細,可以在人體血管中穿行,排除癌變或修復(fù)損耗的組織；美國國家安全試驗室制造出了有史以來世界上最小的機器人,這部機器人質(zhì)量不到 1 盎司,體積為四分之一立方英寸； 它仍擁有一個聰明的“ 大腦據(jù)悉袖珍機器人可以代替人去完成很多危急的工作；9. 納米機器人板書8K ROM處理器,以及敏捷的“ 腿皮帶傳動裝置；納米機器人是納米生物學中最具有誘惑力的內(nèi)容,第一代納米機器人是生物系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的有機結(jié) 合體,這種納米機器人可注入人體血管內(nèi),進行健康檢查和疾病治療；仍可以用來進行人體器官的修

18、復(fù)工專業(yè) . . 作、做整容手術(shù)、從基因中除去有害的DNA,或把正常的DNA安裝在基因中,使機體正常運行；其次代納米機器人是直接把原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置,第三代納米機器人將包含有納米運算機, 是一種可以進行人機對話的裝置；10. 消防機器人板書這種納米機器人一旦問世將完全轉(zhuǎn)變?nèi)祟惖膭趧雍蜕罘绞?；消防機器人的進展受到各國重視,它可以在城市失火的時候排除險情,小型的消防機器人移動便利,利于快速靠近起火點,噴水壓制火情；總之,智能機器人已經(jīng)進展到了特別驚人的地步,信任,不久的將來會有更多的機器人活動在我們的平 常生活中；三、小結(jié)多媒體展現(xiàn)1. 功率和機械效率是從兩個不同方

19、面反映機械性能的兩個物理量,它們之間沒有必定的聯(lián)系,前者表 示做功的快慢,后者表示機械對總能量的利用率；2. 機械的使用給人類帶來了很多的便利,但假如不能合理地利用,也同樣會給人類帶來危害；總之,我們要不斷積極地去探究自然規(guī)律,并應(yīng)用這些規(guī)律大膽地創(chuàng)造和制造,不斷改善人類自己的生存,并最 終達到和自然和諧進展； 案例評析 本節(jié)課教學設(shè)計留意更多地和生活實際相聯(lián)系,讓同學通過學習明確機械的使用就是為了代替人力做 功,勉勵同學仔細明白和熟識身邊的機械,而且在教學過程中介紹了各種各樣的機器人,調(diào)動了同學自主 學習的積極性和主動性,激發(fā)了同學學習的積極性,教學設(shè)計留意表達物理學的價值,提高同學理論聯(lián)系

20、 實際、解決實際問題才能,在教與學過程中促進同學科學的價值觀和世界觀形成；本設(shè)計從同學熟識的實例動身引導(dǎo)同學進一步的摸索,發(fā)覺問題, 然后通過實例分析揭示問題的本質(zhì)；同學在學習的過程中布滿問題意識和創(chuàng)新意識,有效培育了同學的觀看才能和探究問題的才能；針對同學 初學“ 機械效率時,往往對概念生疏難懂,思維不通、前后沖突,甚至與“ 功率相混淆,老師利用身 邊常見的現(xiàn)象,通過分析闡述,幫忙同學懂得機械效率的物理含義,熟識機械效率的高低是反映機械性能 優(yōu)劣的重要指標之一,通過剖析額外功產(chǎn)生的緣由,從而明白提高機械效率的方法,有效突破把握這一概 念的難點；同時突出表達生活中的物理,讓同學體驗到物理現(xiàn)象就

21、在身邊,物理學問不僅好玩,而且仍是 專業(yè) . . 很有價值的；板書設(shè)計一、功率與機械效率1. 機械效率的運算： =W 有用P 有用W 總P 總2. 功率和機械效率的區(qū)分：功率是表示做功的快慢；機械效率是表示機械對總能量的利用率；它們之 間沒有什么必定的聯(lián)系；二、機械的使用 極大地豐富和改善了我們的生活,但要留意機械的合理使用,最終達到與大自然的和諧共處； 相關(guān)鏈接 1機器人簡介機器人技術(shù)作為 20 世紀人類最宏大的創(chuàng)造之一,自 60 歲月初問世以來,經(jīng)受 40 余年的進展已取 得長足的進步, 走向成熟的工業(yè)機器人,各種用途的特種機器人的有用化,昭示著機器人技術(shù)輝煌的明天；科學家對機器人的定義是

22、：“ 機器人是一種自動化的機器,所不同的是這種機器具備一些與人或生物相像的智能才能,如感知才能、 規(guī)劃才能、 動作才能和協(xié)同才能,是一種具有高度敏捷性的自動化機器；機器人技術(shù)綜合了多學科的進展成果,代表了高技術(shù)的進展前沿,它在人類生活應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大正引 起國際上重新熟識機器人技術(shù)的作用和影響；隨著人們對機器人技術(shù)智能化本質(zhì)熟識的加深,機器人技術(shù)開頭源源不斷地向人類活動的各個領(lǐng)域滲 透；結(jié)合這些領(lǐng)域的應(yīng)用特點,人們進展了各式各樣的具有感知、決策、行動和交互才能的特種機器人和 各種智能機器,如移動機器人、微機器人、水下機器人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、空中空間機器人、娛 樂機器人等；對不同任務(wù)和

23、特殊環(huán)境的適應(yīng)性,也是機器人與一般自動扮裝備的重要區(qū)分；這些機器人從 外觀上已遠遠脫離了最初仿人型機器人和工業(yè)機器人所具有的外形,更加符合各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要 求,其功能和智能程度也大大增強,從而為機器人技術(shù)開創(chuàng)出更加寬闊的進展空間；2機器人的進展專業(yè) . . 機器人的歷史并不算長,1959 年美國英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業(yè)機器人,機器人的歷史才真正開頭；英格伯格在高校攻讀伺服理論,這是一種討論運動機構(gòu)如何才能更好地跟蹤掌握信號的理論；德沃爾曾于1946 年創(chuàng)造了一種系統(tǒng),可以“ 重演所記錄的機器的運動；1954 年,德沃爾又獲得可編程機械手臂專利,這種機械手臂按程序進行工作,可以依據(jù)不同的工作需要編制不同的程序,因此具有通用性和敏捷性,英格伯格和德沃爾都在討論機器人,認為汽車工業(yè)最適合于用機器人干活,由于是用重型機器進行工作,生產(chǎn)過程較為固定；1959 年,英格伯格和德沃爾聯(lián)手制