《控制铁生锈的速度》教学设计（精选5篇）
教材分析
本课由三个部分组成，分别是“科学讨论会”、“研究铁生锈的快慢”、“怎样防止、减缓铁生锈”。“科学讨论会”这项活动是建立在第5课的课外实验的基础上的，主要是交流实验的结果、分析实验的现象，得出实验的结果。“研究铁生锈的快慢”这个实验与“铁生锈的实验”类似，实际上学生已可以从“铁生锈的实验”中，初步看出铁生锈的快慢与哪些因素有关，但教科书仍希望学生重复第5课的实验设计，自己研究影响铁生锈快慢的原因，这对学生来说是非常必要的。懂得了铁生锈的原因，就可以放手让学生讨论，“怎样防止、减缓铁生锈”，寻找更佳的防锈措施，这样把科学知识和生活实际紧密的联系起来，有助于培养学生学以致用的意识。
学情分析
关于铁生锈的现象，本单元的第5课已经作了分析研究，学生在生活中也经常看到人们在铁制品表面用涂油漆等方式保护铁制品，以防止生锈.这一切都为本课的学习打下了良好的基础。学生将在课堂上分析、讨论铁生锈的真正原因，并进一步探索铁生锈的速度，从而研究控制铁生锈速度的方法，理解人们在生活中防锈的措施。懂得了铁生锈的原理，知道了影响铁生锈的原因，可以帮助人们寻找更佳的防锈措施，这样把科学知识和生活实际紧密的联系起来，有助于培养学生学以致用的意识。
教学目标 科学概念：
1.水和空气的共同作用，使铁生锈。
2.在平常生活中，铁生锈的快慢与水的多少关系很大。3.把铁与水、空气隔绝开是防止铁生锈的好方法。过程与方法：
1.继续学习“假设检验”得出结论的科学探究方式，自己设计对比实验进行验证。
2.用“科学讨论会”的方法进行合作学习，互相启发，以便更好地得出科学结论。
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情感态度价值观：
分辨现象与证据的关系，体会证据支持结果的重要性。教学重难点
重点：实验现象论证生锈条件以及生锈速度。
难点：设计合理的对比实验和逻辑推理证明生锈条件和生锈速度。评价任务
1.通过实验记录单分析铁生锈的原因。2.设计实验探究铁生锈快慢的影响因素。3.能够举例说明生活中的防锈方法。教学准备
实验记录单、试管、水、铁钉、盐、涂油漆的物品或一些图片等。教学过程
一、科学讨论会
1.我们研究了铁生锈的原因，进行了对比实验，让我们一起分享研究成果吧。2.小组回汇报交流。
3.听了大家的汇报，我们知道了什么？ 4.铁的生锈是与水和空气有密切的关系。
【设计意图：营造良好的学习氛围，激发学生的兴趣，鼓励学生积极发言，共同参与，充分调动学生已有的经验和知识储备来判断铁生锈的原因。】
二、铁生锈的快慢
1.录像：日常生活中各种铁生锈的现象。如：报废锈蚀废旧的汽车堆放场；大量锈迹斑斑，腐蚀得不堪一击的铁件；工人为铁件除锈、油漆等。
2.投影：铁生锈造成损失的资料。
（1）在英国，每90秒就有1吨钢被锈蚀掉。
（2）每年由于钢铁生锈会使英国损失大约50亿英镑，这个数字比政府一年花在中等教育上的全部经费还要多。
（3）高速公路立交桥道路交叉处的钢结构，需要不断地涂漆来防止生锈，在18个月的时间内，这项工作就要用掉大约200万英镑。
3.那么在什么情况下铁容易生锈？我们怎样防止、减慢铁生锈呢？让我们设
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计一个对比实验吧。在设计中需要什么材料，需要注意什么，计划怎么做？
4.分组讨论和记录实验研究计划。5.汇报进行实验计划。
（1）第一个铁钉放置在空气中；
（2）第二个铁钉放置在潮湿的餐巾纸上；（3）第三个铁钉放在与水完全接触的试管中；
（4）第四个铁钉的一半浸在盐水里，一半暴露在空气中。6.分组实验。
7.汇报交流，铁在潮湿的空气中生锈较快。铁生锈的过程，实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程，但是在盐水里和空气里速度最快，也就是水铁钉的生锈是空气和水发生共同作用的。
【设计意图：使学生思考其中的科学道理，养成善于思考的习惯。】
三、课外延伸
1.生活中，人们是怎样防止铁生锈或减慢铁生锈的速度呢？
2.最普通的防锈办法是给铁穿“衣服”——在铁的表面涂上油漆或者镀上别的不容易生锈的金属。
（1）小轿车穿着一身闪闪发亮的喷漆；（2）暖气管上涂着铝漆；（3）做罐头用的马口铁镀了层锡；（4）房顶上的白铁皮表面镀了一层锌；（5）你的自来水笔笔插上，镀着一层铬或镍。
（6）更彻底的办法，是给铁注射“强心针”——加入其他金属，制成不锈合金。大名鼎鼎的不锈钢，就是在钢中加入一点镍和铝而制成的合金。
【设计意图：把科学知识和生活实际紧密联系起来，培养学生学以致用的意识。】
教学反思
为了能使学生对铁生锈条件和影响其快慢因素有更全面的认识，教师在第五课之后，可以在教室里安排几组对比实验，以供学生在课堂上进行观察和思考，使学生对铁生锈现象有更进一步的认识和了解。当然，只通过学生的几个对比实
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验，对此处的认识可能还不够，学生在思想上海不能对“铁生锈”这事产生重视，这就需要教师通过一些图片和数据向学生说明：铁生锈的速度虽然比较慢，但每年因此而造成的损失是极其惊人的，使学生在思想上产生重视，他们才会明白为什么要研究“铁为什么会生锈”，此外，才会联想到“在生活中如何防止铁生锈”，从而将所学到的知识应用于生活实际，体现科学学习的价值所在。
铁芯片数控横剪生产线是变压器铁芯剪切专用设备, 可将一定宽度的硅钢卷料按照操作者预先编制的程序剪切成各种形状的硅钢片。按照生产线所能剪切硅钢片最大宽度不同, 又可分为400、600、以及900线。在900型横剪线中, 由于送料电机到剪床距离较长, 加之送料电机启动速度很快, 当送料电机以每分钟150米的速度启动时, 导轨中的硅钢片即便是越到很小的阻力也会产生波浪, 这样势必会影响剪切出的硅钢片产品的精度和生产效率。普通生产线为解决这一问题, 在剪床前的导轨下方放置一三相异步电机, 生产开始时电机以固定转速转动, 只是在送料机运行的同时, 让导轨上方的压辊压下拉动硅钢片使其在导轨内保持伸展状态, 由于异步电机始终保持较高转速运行, 生产时, 异步电机连接的下传送辊会在硅钢片上留下较深的划痕, 影响了硅钢片的产品质量, 因此拉料电机与送料电机速度的匹配就成了横剪线设计中的一个难题。本文介绍了如何利用西门子SIMOTION控制系统中的虚轴来解决这一问题。
2 送料系统
2.1 送料系统设计
如果只是由送料电机完成硅钢片的输送工作, 那么由于生产线的常规生产送料速度是每分钟150米, 再加上较长的送料导轨和极短的送料启动时间, 若仅仅依靠送料辊向前送料, 这样在高速送料的情况下, 导轨中的硅钢料会因为很小的阻力而在导轨内产生波浪。当硅钢片先在送料辊后的冲床段内完成V型冲或尖角冲的冲裁工作, 再由送料辊将其送到剪床段, 由于硅钢片在导轨内产生波浪, 那么硅钢片上V型缺口或者尖角缺口的某一点相对于硅钢片在导轨内呈平展状态时会存在一个误差, 当剪床因为特殊片型需要与V型缺口或者尖角缺口进行重合剪切时, 会因为这个误差而影响剪切的重复精度, 这样就极大地影响了产品质量。因此, 我们在剪床段之前, 送料导轨的末端, 引入一台西门子伺服电机, 以起到使硅钢片在导轨内保持平展的作用, 这里称为拉料电机。
铁芯片数控横剪生产线中的送料系统由两台送料伺服电机和一台拉料伺服电机构成, 两台送料电机位于导轨的前端, 分别带动上送料辊和下送料辊运行。拉料电机位于导轨的后端, 剪床段的前端。硅钢料卷由开卷机放料, 经过地坑缓冲后再由上下两送料辊压紧, 经送料导轨传送到拉料电机处, 拉料电机带动下辊, 位于硅钢片下方, 导轨上方设置气动压辊, 在送料过程中拉料电机转动, 同时气动压辊压下, 与拉料电机带动的下辊一起压紧硅钢片, 起到拉料的作用。示意图如图1。
2.2 电控系统配置
铁芯片数控横剪生产线伺服驱动部分由西门子SINAMICS S120[1]系统构成, 包含有一个CU320控制模块, 一个电源模块ALM, 一个双轴的送料电机伺服驱动器和一个单轴的拉料电机伺服驱动器, 各个单元之间由Drive-Cliq线连接, 可通过此连线进行高速的数据通讯, 伺服电机采用西门子1FT6高动态电机, 以保证送料辊在100毫秒内快速启停。如图2。
2.3 程序设计
我们在西门子SIMOTION[2,3]运动控制器的系统组态中建立三个轴“Axis_1”“Axis_2”和“Axis_3”分别对应下送料电机, 拉料电机和速度虚轴。如图3。在拉料电机对应的轴“A x i s_2”中建立两个同步操作, “Axis_2_SYNCHRONOUS_OPERATION_1”表示拉料电机与下送料电机同步, “Axis_2_SYNCHRONOUS_OPERATION”表示拉料电机与虚轴同步。在编制程序时, 先分别给三个轴加上使能, 再给虚轴一个指定的速度, 不需要很高, 只要保证拉料电机和送料电机在同时工作时拉料电机的线速度稍快一点即可。接下来使用“Gearing on”指令将拉料电机对应的轴和虚轴同步起来, 此时, 拉料电机以虚轴中指定的极低的转速开始运转;然后对送料电机对应的轴“Axis_1”进行定位操作, 指定速度和定位长度, 接下来将已经和虚轴进行同步操作的拉料电机再与送料电机进行同步, 再执行一次“Gearing on”指令, 这样, 拉料电机的速度就在原有和虚轴同步速度的基础上再叠加上送料电机的速度。当送料完成时, 送料电机速度为零, 拉料电机速度又恢复成虚轴的速度。
2.4 监控结果
在设备实际生产过程中, 对系统中送料电机和拉料电机转速的监控波形如下图4所示:
由波形可看出, 当设备冲剪床动作而送料电机不运行时, 拉料电机以虚轴指定的速度运转, 当送料电机运行速度不为零时, 拉料电机的速度就是虚轴制定速度与送料电机速度的叠加。
由以上图5和图6可以看出, 不论在送料电机的加速还是减速阶段, 拉料电机的速度都要高于送料电机, 这样就保证了在送料过程中导轨中的硅钢料始终处于伸展状态, 避免了硅钢料在导轨中产生波浪而影响剪切精度。
3 结束语
拉料电机和送料电机分别带动拉料辊和送料辊, 其分属两套独立的传动机构, 要使拉料电机和送料电机的输出侧得到同样的线速度还是比较困难的, 特别是在高速运行的过程中, 速度稍有偏差就会影响硅刚料在导轨中的状态, 这就直接影响硅刚片的剪切精度, 因此, 我们设置使拉料电机在运行的过程中线速度始终稍高于送料电机, 同时适当调整拉料电机上压辊的气压大小及压紧程度, 使硅刚料在导轨中保持拉伸状态。由此可见, 虚轴的引入是非常有必要的, 它很好的解决了拉料电机和送料电机在速度匹配上的问题, 从实际使用情况来看效果良好, 高速运行时不但提高了生产效率而且可以保证产品质量, 今后可在此类设备上推广使用。
参考文献
[1]Siemens SINAMICS S120驱动功能手册[Z].2012.
[2]Siemens SIMOTION C2XX操作手册[Z].2008.
【教学目标】： 科学概念：
铁生锈是一种化学变化，铁锈是一种不同于铁的新物质。铁生锈的原因与水和空气有关。过程与方法：
通过观察、实验获得证据，确定铁锈是一种不同于铁的新物质。通过对比实验，探究铁生锈的原因。情感态度价值观：
懂得确定一种物质是否是新物质需要有足够的证据，培养证据意识。【教学重点】认识铁锈是不同于铁的物质，了解形成原因。
【教学难点】能设计完整实验论证自己的推理猜想，并能坚持观察记录。【教学准备】铁片、锈铁、铁锈、电路、磁铁、锤子 【教学过程】
一、出示生活实例图片：
很多的铁制物品被锈掉了，影响了我们的使用，要控制铁锈就要了解铁锈。
二、观察铁锈，和铁形成对比认识
1、提出问题，明了探究任务：铁锈是从铁变来的，那么铁锈是铁么？生答。怎样证明铁锈是不同于铁的新物质呢？
2、取出铁、锈铁、铁锈（刮下来的），仔细观察回答，如何支持我们的看法？
3、引导思路：要看铁锈是否是铁，除了观察等外，我们还要看铁锈是否拥有铁所具有的特性来验证，寻找证据借鉴课本资料实验探讨填写３５页表格。（指出：是对比实验，注意可变因素的唯一性，以及实验注意点）
4、反馈交流探讨结果，展示填表。如何用你的发现说明你的看法的？
5、小结：我们通过观察和敲击、导电、磁铁的吸引等实验得到的结果都说明铁锈不是铁，是铁产生的一种新物质，那么就是一种化学变化。是铁和谁发生的化学变化呢？这是我们控制铁锈的关键。
三、探索铁锈形成成因
1、教师提出问题：是铁和谁发生的化学变化呢？也就是铁锈究竟是怎样形成的。
2、学生大胆讨论猜测。
3、制定研究计划。
4、交流研究计划，相互质疑补充，（对研究命题作出指导，通过比较“铁为什么生锈？铁生锈与什么因素有关？与具体学生单一猜想问题作出比较，指导问题选择的可行性，人员分工等）
四、总结：
下周我们再上课的时候，相信同学们对铁锈形成的研究会有不小的收获，我们还可以获取避免生锈的方法。
计
一、教学目标 认识目标：
1、知道金属有生锈的现象；
2、以铁生锈为例，说出金属生锈的原因；
3、说出一些防止金属生锈的方法。
技能目标：培养用实验方法研究金属生锈的原因。情感目标：激发爱护金属制品的思想情感。
二、课文重难点：
重点：防止金属生锈的方法。难点：金属生锈的原因。
三、课前准备：
锈铁块、铜绿以及一些不锈钢制品，课前一星期布置学生预做铁钉生锈的实验。
四、教学过程
1、许多金属都会生锈。
（1）在我们身边有哪些金属生锈的现象？（2）会生锈的这些东西是什么材料做的？ 归纳：铁生锈这锈叫做铁锈。（3）还有什么金属会生锈？
通过观察铜上面绿色的物质，得出“铜绿”是铜生锈形成。（4）那么，铝、铅等金属会不会生锈呢？ 归纳：许多金属都会生锈。
2、金属为什么会生锈？
（1）出示生锈的铁钉，问：铁钉上出现了什么现象？为什么会生锈？（学生讨论）（2）教师归纳小结得出：锈是金属在空气中发生氧化作用的结果。
（3）学生观察自己面前的潮湿试管中的铁钉和比较干燥试管中的铁钉，两个铁钉有什么区别？
（4）说明了什么呢？
（5）日常生活中什么金属最容易生锈？铁锈有什么特点？
3、怎样防止金属生锈？（1）怎样才能防止生锈呢？（2）学生讨论后，教师小结。
金属放在干燥的环境中；金属的外面加一层保护层；金属与空气隔绝；在一种金属中加入另处一些金属制成不易生锈的合金。
（3）出示一些用合金作的制品让学生观察。
文章摘要：铁生锈是一个缓慢的氧化反应，但是我们可以通过改变条件使其反应速度加快。
实验原理
铁在在潮湿的空气中会生锈。在有电解质存在时，铁与铁中微量的杂质碳形成原电池，发生电化学腐蚀，生成铁锈的速度会加快。
实验用品
铁丝网、食盐水、红墨水、硬质玻璃管(标上五等份刻度线)、铁架台(含铁夹)、单孔橡皮塞、导管、乳胶管、止水夹、烧杯
实验步骤
1、按图组装仪器，并检查装置的气密性。
2、用铁夹把硬质玻璃管固定在铁架台上，把事先经过除锈并在清水中漂洗干净的铁丝网放入硬质玻璃管中，用带导管的橡皮塞先塞紧下端，用止水夹夹住下端乳胶管，并从上端向硬质玻璃管中注满食盐水，再用带导管的橡皮塞塞紧上端，并用止水夹夹住上端乳胶管。
3、打开两端止水夹，排净其中的食盐水后，再夹住上端的止水夹，然后把硬质玻璃管下端导管插入烧杯中红墨水液面以下。
4、大约5min就可以看到红墨水开始缓慢上升，40min左右就能明显地观察到铁丝网表面有铁锈生成，烧杯中的红墨水进入硬质玻璃管大约1/5处，效果非常明显。
注意事项
(1)食盐水浓度以饱和或接近饱和的.食盐水为宜，浓度太小影响铁生锈的时间。
(2)采用酸洗方法除锈。用稀盐酸浸泡除去铁丝网表面的铁锈，再用清水洗净，根据玻璃管大小裁剪铁丝网，以绕成圆筒状正好放入玻璃管为宜。
实验优点
(1)实验现象明显，铁生锈时间短。
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