第十一章 跨学科实践：调查机械并制作机械模型 教学设计-2026-2027学年苏科版物理九年级上学期

该初中物理教学设计聚焦简单机械和功的核心知识，通过人类机械使用史情境导入，串联古代绞车、现代起重机等实例，构建杠杆、滑轮、轮轴原理的学习支架，梳理机械概念及应用脉络。 以跨学科实践为特色，融合调查机械、制作抛石机模型等项目，通过驱动性问题引导科学探究，如用杠杆平衡分析起重机配重、验证抛射臂长度与重物质量关系，培养物理观念和科学思维，提升学生实践能力，为教师提供生动的教学资源。

第十一章 简单机械和功 跨学科实践 调查机械并制作机械模型 跨学科实践 项目主题 调查机械并制作机械模型 项目情境 人类的发展史，伴随着人们对机械的使用历程。随手抓起一根粗糙的木棍撬起物体，人们就拥有了一根杠杆；将木制的圆轮安装在车子下面，我们就有了轮轴；沿着山腰绕着圈向上爬，陡峭的山坡也能征服，依靠的是斜面的助力……原来，简单机械就在我们身边，它们简单甚至有点简陋，其实现代造型各异、力大无穷、动作精细的复杂机械，都源自于这些简单机械。 活动任务一 认识机械，调查身边有哪些机械 驱动性问题一 1机械的概念：利用 原理制造的各种装置。 2实验小组查阅资料了解到： 中外古代的机械有绞车(图甲)、吊车(图乙)等。它们在工作原理上有异曲同工之妙。古代绞车广泛应用于建筑工地、农田灌溉和货物运输等领域。 现代生活和生产中的机械有塔式起重机、推土机、挖土机、机械手、机器人、自行车、指甲钳、抽水马桶的冲水装置等。 3由图甲可知该装置是由定滑轮和轮轴组成的，定滑轮的本质是 杠杆，使用时 (填“能”或“不能”)省力，但 (填“可以”或“不可以”)改变力的方向。轮轴的本质是 杠杆，使用时，动力臂 (填“大于”或“小于”)阻力臂，使用时可省力，但 (填“能”或“不能”)省距离。 4图乙中吊车也是由定滑轮和轮轴组合而成的复杂机械，制造和使用吊车时，要尽可能地省力，可采取的措施有 ，要提高吊车的机械效率，可采取的措施有 。 活动任务二 调查塔式起重机 核心结构：塔身、起重臂、水平臂、平衡臂、回转机构等，如图丙所示。 主要材料：高强度钢材、特种钢丝绳、铸铁或混凝土配重等。 工作原理：在工作时，利用杠杆原理实现平衡。通过调整配重的位置和重量来平衡起重臂所承担的负荷。当起重臂移动或负荷改变时，塔式起重机会自动调整配重的位置和重量，保持平衡状态，使得起重机能够稳定地进行起重作业。通过设计合理的结构，塔式起重机可以承载较大的重量，并具有较远的作业范围。 驱动性问题二 5实验小组的小星把图丙抽象出如图丁所示的物理模型，AB 是竖直支架，CD 是水平臂，其OC段为平衡臂，C端装有配重体，OD段为起重臂。E处装有滑轮，其钢丝绳穿绳简化示意图如图戊所示。(g取10 N/kg) (1)为保持平衡，起重臂的长度越长的塔式起重机，配备的配重体的质量应越 。 (2)某待起吊的货物的质量为1.2t，货物与水平地面的接触面积为400 cm²，则货物静止在水平地面时对地面的压强为 Pa。 (3)已知配重体的质量为4500kg，OC=10m，OE=15m，若不计水平臂和滑轮重及部件间的摩擦，在E 处可起吊的货物的最大重力是 N。 (4)某次将重为8000 N的货物竖直匀速提升5m，作用在连接起升电动机上的钢丝绳的拉力为5000 N，则图戊中滑轮组的机械效率是 %。 活动任务三 制作抛石机模型 一、画出抛石机的简化模型，如图己所示。 二、材料准备 底座材料:硬纸(约20×30cm);支架材料:小木棒(5~10根);抛射臂:长木棒(约15~20cm);弹性绳；抛掷物：小纸团；其他工具：胶枪(或白胶)、剪刀、尺子、小纸杯、胶带等。 三、制作步骤 (1)搭建底座：用硬纸作为底座，确保稳定性。 (2)制作支架：用小木棒搭建立体三角支架，固定在底座上，在三角支架顶端横向粘一根长木棒，形成横杆。 (3)安装抛射臂：将长木棒(抛射臂)一端用橡皮筋固定在支架横杆上，另一端粘一个小纸杯作为弹巢，在抛射臂靠近支架的位置绑弹性绳(另一端固定到底座)，提供弹力。 驱动性问题三 (4)实物展示：如图庚所示。 6由图己可知，抛石机实质上是一种 。 7 》跨数学在制作抛石机过程中，为使其更加稳定和坚固，搭建立体三角形支架，原因是多边形中 形被认为最稳定。 8小星认为抛石机在使用时，若所抛石弹重力不变，抛射臂和重物臂长度之比越大，所需重物的质量越大。你认为这句话对吗?并说明原因。 。(提示：根据杠杆平衡条件进行回答) 问题反思 9在制作抛石机评价表中，“抛远”(即平均射程)是评价指标之一，如何增大射程呢?请你设计实验进行验证，也可以在学完机械能知识后再进行验证。 活动任务三 制作抛石机模型 第十一章 简单机械和功 跨学科实践 调查机械并制作机械模型 答案版 跨学科实践 项目主题 调查机械并制作机械模型 项目情境 人类的发展史，伴随着人们对机械的使用历程。随手抓起一根粗糙的木棍撬起物体，人们就拥有了一根杠杆；将木制的圆轮安装在车子下面，我们就有了轮轴；沿着山腰绕着圈向上爬，陡峭的山坡也能征服，依靠的是斜面的助力……原来，简单机械就在我们身边，它们简单甚至有点简陋，其实现代造型各异、力大无穷、动作精细的复杂机械，都源自于这些简单机械。 活动任务一 认识机械，调查身边有哪些机械 驱动性问题一 1 机械的概念：利用 力学 原理制造的各种装置。 2实验小组查阅资料了解到： 中外古代的机械有绞车(图甲)、吊车(图乙)等。它们在工作原理上有异曲同工之妙。古代绞车广泛应用于建筑工地、农田灌溉和货物运输等领域。 现代生活和生产中的机械有塔式起重机、推土机、挖土机、机械手、机器人、自行车、指甲钳、抽水马桶的冲水装置等。 3由图甲可知该装置是由定滑轮和轮轴组成的，定滑轮的本质是 等臂 杠杆，使用时 不能 (填“能”或“不能”)省力，但 可以 (填“可以”或“不可以”)改变力的方向。轮轴的本质是省力 杠杆，使用时，动力臂 大于 (填“大于”或“小于”)阻力臂，使用时可省力，但 不能 (填“能”或“不能”)省距离。 4图乙中吊车也是由定滑轮和轮轴组合而成的复杂机械，制造和使用吊车时，要尽可能地省力，可采取的措施有增大轮的半径，减小运动组件间的摩擦力(合理即可)，要提高吊车的机械效率，可采取的措施有减小运动组件间的摩擦力，提高每次提升重物的质量(合理即可) 。 活动任务二 调查塔式起重机 核心结构：塔身、起重臂、水平臂、平衡臂、回转机构等，如图丙所示。 主要材料：高强度钢材、特种钢丝绳、铸铁或混凝土配重等。 工作原理：在工作时，利用杠杆原理实现平衡。通过调整配重的位置和重量来平衡起重臂所承担的负荷。当起重臂移动或负荷改变时，塔式起重机会自动调整配重的位置和重量，保持平衡状态，使得起重机能够稳定地进行起重作业。通过设计合理的结构，塔式起重机可以承载较大的重量，并具有较远的作业范围。 驱动性问题二 5实验小组的小星把图丙抽象出如图丁所示的物理模型，AB 是竖直支架，CD 是水平臂，其OC 段为平衡臂，C端装有配重体，OD 段为起重臂。E处装有滑轮，其钢丝绳穿绳简化示意图如图戊所示。(g取10 N/kg) (1)为保持平衡，起重臂的长度越长的塔式起重机，配备的配重体的质量应越 大 。 (2)某待起吊的货物的质量为1.2t，货物与水平地面的接触面积为 则货物静止在水平地面时对地面的压强为 (3)已知配重体的质量为4500kg，OC=10m，OE=15m，若不计水平臂和滑轮重及部件间的摩擦，在E 处可起吊的货物的最大重力是 (4)某次将重为8000 N的货物竖直匀速提升5m，作用在连接起升电动机上的钢丝绳的拉力为5000 N，则图戊中滑轮组的机械效率是 80 %。 活动任务三 制作抛石机模型 一、画出抛石机的简化模型，如图己所示。 二、材料准备 底座材料:硬纸(约20×30cm);支架材料:小木棒(5~10根);抛射臂:长木棒(约15~20cm);弹性绳；抛掷物：小纸团；其他工具：胶枪(或白胶)、剪刀、尺子、小纸杯、胶带等。 三、制作步骤 (1)搭建底座：用硬纸作为底座，确保稳定性。 (2)制作支架：用小木棒搭建立体三角支架，固定在底座上，在三角支架顶端横向粘一根长木棒，形成横杆。 (3)安装抛射臂：将长木棒(抛射臂)一端用橡皮筋固定在支架横杆上，另一端粘一个小纸杯作为弹巢，在抛射臂靠近支架的位置绑弹性绳(另一端固定到底座)，提供弹力。 驱动性问题三 (4)实物展示：如图庚所示。 6由图己可知，抛石机实质上是一种 杠杆 。 7 在制作抛石机过程中，为使其更加稳定和坚固，搭建立体三角形支架，原因是多边形中 三角 形被认为最稳定。 8小星认为抛石机在使用时，若所抛石弹重力不变，抛射臂和重物臂长度之比越大，所需重物的质量越大。你认为这句话对吗?并说明原因。 正确，由杠杆平衡条件可知， 不变，的比值越大，所需重物的重力越大，由G=mg可知所需重物的质量越大 。(提示：根据杠杆平衡条件进行回答) 问题反思 9在制作抛石机评价表中，“抛远”(即平均射程)是评价指标之一，如何增大射程呢?请你设计实验进行验证，也可以在学完机械能知识后再进行验证。略。 学科网（北京）股份有限公司 $