刹车的工作原理图（刹车装置中的科学知识）

教学背景《机械能》是九年级物理上册第三章第二节的内容这节课内容多、难度大，大多数教师在上完一章的新课以后，会安排《机械能》的专题复习，以期将所学概念结构化、系统化整节课围绕“刹车装置”进行研究，并设计了三个任务从经典实验中的“刹车装置”到汽车的“刹车装置”，再到 “刹车装置”的设计通过“刹车装置”的情境线，进行动能大小的表达、动能的转化等知识的深度学习，使学生的思维达到关联拓展水平，今天小编就来聊一聊关于刹车的工作原理图?接下来我们就一起去研究一下吧!

刹车的工作原理图

教学背景

《机械能》是九年级物理上册第三章第二节的内容。这节课内容多、难度大，大多数教师在上完一章的新课以后，会安排《机械能》的专题复习，以期将所学概念结构化、系统化。整节课围绕“刹车装置”进行研究，并设计了三个任务。从经典实验中的“刹车装置”到汽车的“刹车装置”，再到 “刹车装置”的设计。通过“刹车装置”的情境线，进行动能大小的表达、动能的转化等知识的深度学习，使学生的思维达到关联拓展水平。

教学实录

师：10月1日，小明全家一起坐车到外地游玩，在高速公路上发现汽车的刹车失灵，一家人顿时陷入恐慌。下面我们一起观看一下当时的视频，在观看的过程中思考这样两个问题：视频中失控的汽车具有什么能？物体有“能”可以对外做功，我们可以通过什么来判断失控汽车“能”的大小？

生：视频中失控的汽车具有动能。

生1：发生车祸时，可以通过汽车损坏程度来判断当时动能的大小。

师：视频中，汽车的什么装置失灵了？

生2：刹车装置。

师：刹车装置的作用是什么？

生2：是将汽车的动能减小，将汽车的动能转化成其他形式的能。

师：好，今天我们就一起来研究一下刹车装置。

典型任务一：通过类比汽车，感受实验中的“刹车装置”

师：请大家看一个经典实验视频（截图如下），并思考以下几个问题。

师：该实验的研究对象、研究目的是什么？

生1：该实验的研究对象是小球，研究物体的动能与什么因素有关。

师：小球的动能大小与什么因素有关？

生2：与小球的速度和质量有关。

师：在实验过程中，小球的动能是在变化的，我们研究小球哪一点的动能？

生3：在碰撞点B时的动能大小。

师：小球在B点的动能从何转化而来？观察桌面仪器，思考转化动能的其他方法。

（学生分小组进行交流）

生4：用手推，使小球在B点形成动能。

生5：用弹簧推，使小球在B点形成动能。

生6：用单摆推，使小球在B点形成动能。

师：想法很有创意，大家可以用桌面的仪器尝试一下。

（学生根据桌面仪器开始实验）

师：不同的方法都使小球在B点处有动能，能否说一下与斜面产生小球动能的区别？

生7：用手推使小球在B点形成动能，不能做到每次都一样。

生8：用弹簧推使小球在B点形成动能，不能做到每次都能碰撞小木块。

生9：用单摆推使小球在B点形成动能，不能做到每次都能碰撞小木块。

师：这些办法都用了能量的转移和转化，但是准确度和成功率不如课本上的实验高。

师：小球从B点到C点，速度减小到0，小球减小的动能到哪里去了？

生10：由于小球的推力，小木块克服摩擦力做功，小球的动能最终转移且转化为小木块的内能。

师：此过程中可以通过什么反映小球在碰撞点B点的动能大小？

生10：小木块的移动距离。

师：很好，这是科学探究中的常用方法，我们称为转换法。

师：小球动能的大小还能转化成哪些可以直接测量的物理量？

生11：可以让小球去撞击面粉团、橡皮泥，测量凹陷深度。

生12：可以让小球去撞击积木，计量撞倒的积木数量。

生13：可以让小球在手巾上滚动，测量滚动的距离。

师：实验中的小球在木块作用下停下，汽车在刹车系统作用下停车，如果将运动的小球看成奔驰的汽车，小木块相当于汽车的刹车装置。小球没有木块将无法快速停下，为了及时停车，汽车要有刹车装置。

（设计意图：突出转换法、类比法、模型法的应用。类比法的作用是“由此及彼”，类比思维的过程就是一个推理过程。学生将高速行驶的汽车减速过程转化为小球的运动过程，利用物理模型简化实际复杂过程，突出主要因素，体现了从生活走向物理的重要思想）

典型任务二：通过阅读材料，了解汽车中的“刹车装置”

师：为了及时停车，汽车要有刹车装置，下面我们观看视频并思考几个问题。

（学生观看汽车刹车装置的工作原理和视频，阅读有关汽车刹车装置的介绍）

师：飞奔的汽车紧急制动时，动能怎样变化？

生：汽车的动能减小。

师：动能转化成了刹车系统什么形式的能了？

生1：内能。

师：因此在盘山公路下坡时，由于经常刹车，刹车系统内能增加，刹车盘温度升高，会影响刹车的效果，引发事故。

师：轮胎与地面不打滑时，汽车的刹车距离与哪些物理量有关？

生2：增大刹车距离的量：汽车的总动能（m,v）；减小刹车距离的量：刹车盘与钳的摩擦力（f ）， 刹车盘的大小。

师：大货车、小汽车为什么不能超载、超速？

生3：超载、超速时汽车的动能增大，能对外做更多功。刹车时刹车盘克服摩擦力做功，相同摩擦力下动能大的车刹车盘转动的圈数增加，汽车要经过更长的距离才能停下。

师：为什么在同样道路上，不同的车型限速不一样？

生4：不同的车型在同样道路上动能不同，刹车系统也不同。刹车后，汽车必须在一定范围内停下，这就需要一定的限速，不同的车型不同的限速。

师：F1赛车为什么最高速度这么高？

生5：因为F1赛车有更好的刹车系统，使得调速行驶的赛车也可以在规定距离内停车。

（设计意图：为什么不能超载、超速是一个系统问题，学生应该站得更高才能回答得更准确。学生通过资料了解汽车刹车装置的工作原理，了解现代汽车工业的刹车系统设计，拓展知识面，激发学习兴趣）

典型任务三：通过分组讨论，设计汽车中的“刹车装置”

师：刹车装置对于驾驶者而言就是生命的保障，请同学们结合实验和资料思考并讨论如何设计安全的刹车装置？

生1：加大刹车盘直径，可以提高刹车的效果。

生2：加大盘与钳的压力和粗糙程度，可以提高刹车的效果。

生3：要选择好的轮胎，不容易打滑。

生4：刹车盘耐高温，长时间下坡汽车的刹车效果不会失灵。

生5：要增加油门和刹车的误踩装置，增加汽车的限速装置。

师：有的车主把车轮改大一号，看起来可以更威武，是否合理？

生6：不合理，刹车装置如果不加强，会影响刹车效果。

师：有的车主把汽车的动力改大，可以开得更快一些，是否合理？

生6：也不合理，刹车装置与汽车的动力是要匹配的，只改动力会增加刹车距离。

师：万一在高速公路上刹车失灵怎么办？

生7：在高速公路的长下坡、急弯、事故频发地段有缓冲带，开上去就可以停车。

师：很好，这类缓冲带通常由沙、石、泥土依势而建，专用于制动失效车辆的驾驶员主动“撞”上这些沙石堆以达到减速的目的。

师：作为初中生，我们怎样安全出行？

生8：不闯红灯，提醒亲人不超速、不超载，高速公路不停车，刹车盘在服务区自然冷却。

（设计意图：学生通过小组讨论，设计改良汽车刹车装置，深度了解汽车工业设计的魅力，从物理走向生活。学生讨论安全出行的要点，从原理上理解生活中如何避免交通事故发生，让学生学以致用）

教学反思

复习课要上出新意，从知识走向知识的应用；用知识来解决问题、解释现象；从知识走向获得知识、研究未知的方法。在复习课上让学生温故而知新，要注重物理知识与现代科技的结合，用书本知识来解释工程、设计、设备中的原理。

上课开始，教师以“小明全家一起开车到外地游玩，在高速公路上发现汽车的刹车失灵”作为开篇引入，用相关视频引起学生注意。学生进入状态后，教学步步深入，以“刹车装置”为线索进行知识与方法的深度学习。

在任务一中，核心知识是“研究动能大小与什么因素有关的实验”，包括实验目的、原理、步骤、结论；核心方法是：转换法、控制变量法；思维水平达到多点结构水平。任务完成后提出：实验中的小球在木块作用下停下，汽车在刹车系统作用下停车，如果将运动的小球看成奔驰的汽车，小木块相当于汽车的刹车装置。小球没有木块将无法快速停下，为了及时停车，汽车要有刹车装置，引出第二个任务。

在任务二中，学生通过阅读事先准备的材料了解刹车装置，材料中的核心知识是：刹车装置是一个将动能转化为内能的装置，并且是通过摩擦力做功的方法；核心方法是：类比法、模型法；思维水平达到关联结构水平。

在任务三中，通过分组讨论，设计汽车中的“刹车装置”。用知识解决实际问题，学生分组讨论设计刹车装置，并讨论刹车失灵怎么办？讨论安全出行的要点等。

本节课设计的知识主线中暗藏方法副线，强调了转换法，复习了控制变量法，引出了类比法，演示了模型法。本节课的设计也比较重视思维的提升，依SOLO分类分析，学生的思维结构从单点结构到多点结构再到关联，最后到抽象拓展结构，水平逐渐提高，符合认知规律。

（作者单位系浙江省杭州市桃源中学）

《中国教师报》2020年07月15日第5版

作者：葛元钟

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