关于测滑轮组机械效率的实验与改进方案

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  摘要:在测定一个滑轮组的机械效率时,需要我们测定的数据一共有四个。分别是钩码的重量,我们称作G,,钩码在上升的距离H,弹簧测力计的挂钩拉动绳子上升的距离为S,还有一个是弹簧测力计在拉动绳子时匀速上升的拉力。在观察数据的时候,我们也一定要弄清楚各个数据之间有何关系,方便我们理解影响滑轮组机械效率的原因。
  一、教学目标
  1、学习如何组装滑轮组,并且掌握测滑轮组机械效率的方法。2、能独立进行滑轮组机械效率的计算,理解S=nh的公式。3、培养学生的动手、观察和思维能力,提高科学素质。
  学生在"测滑轮组机械效率"的实验时,普遍都会感觉到有两个困难:一个是既要匀速的拉动弹簧秤,同时还要读取数字难,操作较多,效果不直观。另一个是测量钩码与弹簧秤匀速移动的距离难。因为钩码的位置与弹簧测力计的位置是始终保持竖直方向的。在这两个实验进行过程中,学生往往会因方法不当,两边难以兼顾造成数据测量不准确,误差较大。为此,我在教学实验中对这两个关键的步骤作如下改进:
  1、首先每组同学事先制作一个小托盘,称好其重量并标清在盘上。用塑料片剪成一个指针形状粘贴在动滑轮的架上,然后按实验器材装置组装。必须注意的是弹簧测力计拉力的测量应该在实验过程中保持竖直向上的匀速拉动进行,否则弹簧秤的读数范围变化较大,很难去确定具体的拉力的大小。而且一定要在拉动中读数。这也要求了同学们必须相互配合,观察钩码提升的高度h与弹簧测力计移动的距离h的关系。
  2、关于钩码上升到一定高度的测量,可先测量出钩码到桌面(或实验器材铁架座面)的距离h1,向上竖直均匀拉动弹簧测力计使钩码升高后,再量出钩码到桌面(或铁架面)的距离。我们把它标为h2.。同时我们可以直观得出h2-h1就是钩码升高的高度h。在实验过程中为了测量和计算的方便,钩码前后的高度h1、h2的值最好是整数。
  3、一定要注意實验器材中的定滑轮是为了改变动力方向,方便操作,调节弹簧测力计保持在竖直状态中可以旋转,同时也是为了观察滑轮组的机械效率η的变化。弹簧测力计的向上匀速移动的变化与钩码提升的高度的变化得出的结论是η与h和s无关。但是当我们增加动滑轮的个数时,重力越大时,η越小。我们把动滑轮的重力在这里标为G1。同学们在这个实验过程中,可以一边录数据,一边增加滑轮的数量。然后感觉弹簧测力计在匀速运动中的变化。(滑轮的穿法同样也很重要,先穿过定滑轮,再穿过动滑轮,为了更好的穿绳可以先在动滑轮的那一端的挂钩上勾住一个钩码,最后把绳子系在弹簧测力计上。)
  那么滑轮组的机械效率的高与低除了与动滑轮的个数有关系以外还和什么有关系了,我们可以继续在实验中得到精准的数据。同学们可以增加被吊物体的重量,我们把这个重力标为G,当被吊物越重的时候,弹簧测力计移动的就越多。也就是G越大η也越大。
  整个实验过程中,通过标清刻度、分工合作以及提前测量钩码到桌面或是铁架桌面的距离。我们可以很好的,方便直观的观察到钩码与弹簧测力计之间的关系。当钩码上升一格时,弹簧测力计移动了几格,刻度尺的分度值又是几厘米。同学们及时记录这个变化的过程与数据可以肯定滑轮的机械效率η是与h和s无关的,这个是整个实验中的重难点,也是学生们很爱弄混的一个概念。我们通过实验否定了滑轮的机械效率与钩码提升的高度和弹簧测力计移动的距离没有关系的时候,我们再来观察影响η的变动原因就更加透彻。
  二、培养学生的观察与分析能力
  观察是一种基础能力,而分析则是在观察基础上进行的一种思维活动。只有正确的、有目的的、有重点的、认真而细致的观察,才能形成分析能力。
  1、无论是演示实验,还是学生的分组实验,其目的是使学生通过对实验中出现的现象或是数据的观察、思考、分析综合,从中得出规律。要达到这个目的,就要重视加强对学生观察能力的培养。若不重视观察的目的性,就会使学生只会看"热闹"而丢掉了"捕捉"主要对象的机会。让学生注意观察、认真分析,从几次实验中寻找统一的规律。
  综合以上实验出现的现象、数据的原因是什么呢?让学生认真思考,运用实验中测得的数据。看到的现象进行推理,最终找出正确的结论,即是教材中介绍的液体内部存在的压强的特点。
  2、根据物理学科特点,教学中以观察实验为主,注重培养学生观察和实验能力,实事求是的科学态度,引起学生的学习兴趣,因此实验技能的素质教育在物理学习中显得尤为重要。其中包括:
  3、提高演示实验的效果。教师的演示必须做到正确、规范、鲜明,给学生做出示范,通过边实验边讲解,使学生直观看到实验的整个过程,学会正确的操作方法,从而在下节课的学生实验中,感到仪器熟悉,会使用,实验原理明白,操作准确,提高了动手能力。加强学生实验,为因材施教提供良好条件。
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