第四单元运动和力。
一、单元概述。
我们处在一个永恒运动的世界中，一切物体都在不停地运动着；我们处在一个力的世界里，力无处不在。物体运动状态的改变是因为受了力的作用，力是运动状态改变的原因。
本单元研究的是机械运动，即物体之间相对位置的改变。在研究运动的过程中让学生认识各种不同的力。对力的研究，将贯穿单元的始终。
学生们对运动和力其实并不陌生，他们有着自己的感性经验。在他们看来，有的物体是静止的，有的物体是运动的；物体因为受到力的作用从静止开始运动，因为力的持续作用而保持运动，因为失去了力的作用而慢慢停止下来……这些观点在科学理论上有的是正确的，有的是不正确的，但这是他们的经验。
根据学生的原有认识和认知水平，本单元选择了他们熟悉的车作为主要研究对象。在实际条件下，而不是在理论条件下，研究车在力的作用下怎样运动起来；不同的力对车的运动产生怎样的影响；还选择了如测量力的大小等一些相关活动。通过以上活动将引导学生对物体的运动、作用力和二者的关系进行感知和思考，认识到改变物体静止或运动状态必须有力的作用，作用力的大小、方向不同，对物体运动的影响不同。
这将为他们今后深入研究运动和力奠定一定的基础。
整个单元的内容可分为四个部分。
第一部分（第1~3课）：了解重力、弹力、反冲力，用这些力作动力使小车运动起来，研究动力的大小与小车运动的关系。
第二部分（第4课）：学习测量力的大小，认识力的单位“牛”，为研究摩擦力大小做好技能上的准备。
第三部分（第5~7课）：认识摩擦力，研究影响摩擦力大小的一些因素，摩擦力对物体运动的影响。
第四部分（第8课）：动手制作，用所学知识设计和制作一个小车。
课程标准指出，物质世界这部分应该充分体现与技术的关系。本单元在指导学生**运动和力的科学概念时，还注意了技术教育。比如，要求安装实验器材，寻找自行车上好的设计，学习设计并自己设计制作小赛车等。
这是本单元的一个特点，在教学中要注意体现这个特点。
二、单元教学目标。
科学概念。● 物体运动有不同形式，如滑动、滚动和反冲运动。运动的快慢是可以测量和比较的。
● 力有大小和方向，力的大小是可以测量的。力的单位是“牛”。
● 常见的力有：重力、弹力、反冲力和摩擦力。
● 摩擦力大小与接触面的光滑程度、运动物体的重量、运动方式（滚动还是滑动）有关。
● 摩擦力有时有利，有时有害，我们可以按需要增大或减小它。
● 改变物体的静止或运动状态，必须有力的作用。
过程与方法。
● 安装用重力拉动的小车，用橡皮筋弹力驱动的小车和气球反冲力推动的小车。用简单材料制作橡皮筋测力计，模拟滚珠轴承。
● 在教师指导下，运用已有知识和经验大胆想象，创造性制作小赛车。
● 使用弹簧测力计测量力的大小。
● 用简单器材做拉力大小与小车快慢关系的实验、橡皮筋绕的圈数与小车行驶距离关系的实验。
● 在教师指导下做研究摩擦力大小的简单对比实验。经历推测、设计实验、检验推测的过程，并作实验记录。
● 运用已有的知识和经验对摩擦力有益还是有害作判断，对自行车上增加和减少摩擦力的设计作解释。
情感、态度、价值观。
● 体验合作和不怕困难，尊重自己和他人的劳动成果。发展对技术设计和动手制作的兴趣，激发创造精神。
● 体验认真实验、收集数据，进行解释的科学过程，树立根据数据得出结论的科学态度。
● 勤于思考、大胆解释，乐意用科学知识分析日常事物。感受科学技术与社会的关系。
三、分课时教学建议。
第1课我们的小缆车。
（一）背景和目标。
玩具小车是学生都感兴趣也是玩过的东西，但是他们并没有用实验手段研究过小车运动与力的关系。用重力拉动小车，拉力的大小可以测量而且容易控制，所以本单元第一课安排研究用重力拉动的小车，同时认识我们最常见的力——重力。本课有两个活动：
第一，组装用重力拉动的小车。在重力小车装置中，铁垫圈有重量，绳子对小车可以产生一个水平方向的拉力。改变铁垫圈的数量，就改变了重力的大小，也就改变了小车拉力的大小。
接下来就可以用这个小车进行研究了。
第二，研究拉力大小与小车运动的关系。
科学概念。● 重力是物体由于地球吸引而受到的向下的拉力。
● 一定的拉力能够使静止的小车运动起来，拉力越大，小车运动得越快。
过程与方法。
● 安装用重力拉动的小车。
● 做拉力大小与小车运动快慢关系的实验。
● 用实验数据验证自己的推测。
情感、态度、价值观。
● 注重获取证据，用证据来证明观点。
（二）教学准备。
为小组准备：实验用小车一辆、粗线一根、挂铁垫圈的小钩一个（回形针弯制）、铁垫圈若干、秒表（可用目测代替）。
教师自己准备：一些车的**或影像。
（三）教科书说明。
教科书从让学生回忆各种各样的车开篇。插图中是马车、汽车、电瓶车、缆车，用的动力是马的拉力、发动机的动力、电力和缆绳的拉力。
第一部分：安装用重力拉动的小车。
教科书上提了三个问题。第一个是引导学生注意在小车上拴绳子的位置会影响到小车行进的方向。只有拴在恰当的位置，一般是车头正中，拉力的方向才与车轮滚动前进的方向一致，否则小车会跑偏。
第二个是引导学生观察拉小车绳子的长度不能是随意的，应该约等于桌子的高度，这样，小车在桌面上运动的距离也不会超过桌子的高度。第三个是提醒学生注意不要让小车冲出桌面。
教科书中关于重力的资料是重力的描述性概念。单元后资料库《重力和万有引力》一文较详细地介绍了重力的产生。通过阅读这些资料，学生对小车装置中铁垫圈作用的认识会更加清楚。
第二部分：研究拉力大小对小车运动的影响。
学生可能都知道，拉力小，小车运动得慢；拉力大，小车运动得快。但是不是任何小的力都能拉动小车呢？要多大的力才能使小车开始运动呢？
这个问题是大多数学生没有想过的，这部分的教学就首先从这点开始。
为了指导学生选择好实验的方法，教科书上作了三点要求。（1）有了共同的起点和终点，才可以用计时的方法比较小车运动的快慢；（2）从挂一个垫圈开始，一个一个地增加，才能发现不是任何小的力都能使小车运动起来，也才能比较准确地找到使小车运动起来的最小的力；（3）多个多个地增加垫圈，才能更容易用秒表测量出或目测看出小车运动的快慢。
通过实验和讨论，学生会发现：拉力太小，小车不会动；拉力大到一定程度，小车开始运动起来；拉力越大，小车运动越快（更科学地说，是加速度越大，这里用学生能够接受的“快”描述这个意思）。
实验后的两个讨论题，第一个是指向实验技能的，第二个是指向科学概念的。是引导学生通过讨论在这两方面有所提高。
（四）教学建议。
1.安装重力拉动的小车。
准备工作：（1）如果实验用的小车在拉力下（方向正确）有跑偏的现象，将使实验无法进行。所以建议你课前检查小车在正常的拉力下行驶的方向，如有跑偏现象，可以检查和调节小车轮子。
（2）如果发现小车太轻太滑，比较难测定使小车运动起来的最小的力，可以从两方面解决：一是可以在小车上加一点重物，增加它的摩擦力；二是换用较小的垫圈与小车相配。
给学生准备的一头拴有小钩的细绳应当比桌子的高度要长一点，要绕在一块厚纸板上。在厚纸板的边上剪一小口，将线头卡在里面，以免缠绕打结。学生实验完毕后，要要求学生仍然把细绳绕在厚纸板上。
对安装小车的指导：
（1）在出示材料后可以提问，我们怎么用这些材料安装一个小缆车？让学生的头脑活动起来，而不是机械地按要求去操作。
（2）可以适时提示教科书上的三个问题。告诉学生，如果小车跑偏，可调节拴绳的位置。要求小组确定一个同学用手挡住小车，使它不冲下桌子去。
（3）让学生用垫圈把小车拉动，试验几次，检查小车能不能很好地运动起来。
（4）最后要提问，我们安装的小缆车，铁垫圈起了什么作用？我们是用什么力使小车运动的？（铁垫圈起了拉动小车的作用，我们是用铁垫圈的重力使小车运动的）学生发表了看法后，可简述或指导阅读关于重力的资料。
2.拉力大小与小车运动关系的实验。
对实验活动的指导：
（1）首先让学生明确拉力的大小可用垫圈的个数表示，然后让学生推测一下最少用几个垫圈可以拉动小车，说说为什么这样推测。学生一般推测不准，也不会一致，推测的目的是引起注意和思考。
（2）再让学生推测拉力大小怎样影响小缆车的运动。学生都会说拉力大，小车跑得快。教师可以设问，能肯定吗？能用实验验证自己的推测吗？怎样用实验来验证推测呢？
（3）提出教科书上的三点要求，同时要学生想一想为什么要这样做呢，但是在此不深究，而让学生在活动中去体会和认识。
（4）时间测量很重要，测得的数据是证明假设的证据。如果用秒表记时间，要先教秒表的使用方法，并统一练习几次。如果是目测小车运动的快慢，更要注意增加垫圈数量的差别，记录表就只填“快慢顺序”栏了。
（5）研究小车行驶快慢与拉力大小关系时，建议学生增加垫圈个数可以是4个、8个、16个……而不能是4个、6个、8个……
梳理归纳：按教科书的要求从两方面进行。
（1）实验技能的强调。
让学生说一说为什么在研究小车快慢时，要多个多个地增加垫圈。这种改变变量的技能在做对比实验时是经常要用到的。这个问题也可以与“开始时为什么一个一个地增加垫圈”对比起来问。
（2）概念的归纳。
可以提问，拉力大小和小车运动有什么关系；或者提问，记录表能说明什么？提示学生注意到我们得出的结论是两个，参考结论如下：
要使小车运动起来，必须要有一定的拉力（或者：一定的拉力才能使小车运动起来）。拉力越大，小车运动得越快。
学生把上面的“小车”用“物体”一词进行表述也是可以的，那是他们把认识上升了一级。最后要学生把自己归纳的话写下来。
第2课用橡皮筋作动力。
（一）背景和目标。
生活中的各种机动车几乎都是用轮驱动方式前进的，即动力使车轮转动，轮子通过与地面的摩擦力带动车身前进。本课用橡皮筋带动小车轮子转动，轮子再带动整个小车前进，这种方法就是轮驱动。认识了橡皮筋动力小车的驱动特点，就了解了生活中机动车驱动的特点，更是为后面研究车辆的摩擦力，研究自行车的设计特点打下了基础。
用橡皮筋作动力也为学生认识弹力提供了条件。本课有三个活动。
第一，安装用橡皮筋驱动的小车，这是下一个活动的准备。这时，学生已经观察到“轮驱动”，但教科书始终都没有提出这个概念，这丝毫不影响学生接下来的研究，只会使活动更集中在安装和研究上。
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