資源簡介

第3節　機械效率
知識與技能：
1．知道有用功、額外功和總功的含義，知道它們之間的關系。
2．理解機械效率的概念，能結合具體實例認識什么是有用功、額外功和總功，會計算機械效率。
過程與方法：
經歷探究滑輪組機械效率的過程。通過探究，培養學生擬定簡單的科學探究計劃和實驗方案的能力。
情感、態度與價值觀：
在實驗中培養合作精神，養成實事求是、尊重實驗結果的科學態度。
重點：(1)有用功、額外功和總功的含義；(2)機械效率的概念；利用公式η＝進行計算；(3)測量滑輪組的機械效率。
難點：機械效率的理解和計算。
第1課時　認識機械效率
多媒體課件。
一、情景導入
同學們，假如我們給小樹澆水，現在有一個問題，我們需要從水井中往上提水，有兩種水桶，一種是很重的鐵皮水桶，另一種是很輕的鋁合金水桶，你們會選擇哪種水桶呢？(學生回答：鋁合金水桶)為什么呢？(學生回答：省力氣)要解釋這個問題，就要用到今天我們要學習的一個新的物理量——機械效率。
二、合作探究
　有用功、額外功和總功
某次裝修，工人師傅設想三種方法向三樓運送沙子，如圖所示，哪種方式運送效率更高？幫工人師傅想一想。
同學們交流討論思考：
(1)在把沙子從一樓運上三樓的過程中，每種方法中各對哪些物體做了功？
(2)無論他采取哪種方法都必須做的功是他對什么做的功？
(3)在幾種不同的方法中，他不愿做但又不得不做的功分別是什么？
一般來說，必須要做的功為有用功，克服機械自身的重力和摩擦力等因素的影響而不得不做的功為額外功，有用功和額外功之和為總功。
　機械效率
(1)工作中，我們總是希望額外功越少越好，也就是有用功在總功中所占的比例越大越好。在物理學中，用機械效率表示有用功在總功中所占的比例。
(2)機械效率＝。
(3)計算公式：η＝。
注意：對于實際機械，由于總是有額外功存在，一定有η ＜1。
同學們分組交流討論：
(1)機械效率有單位嗎？
(2)為什么機械效率沒有大于1的？
(3)用小數和百分數來表示機械效率，你認為哪種表達更好？
機械效率沒有單位，總小于1，通常用百分數表示。
機械效益
使用機械的最終目的之一是省力。一般而言，不同的機械省力的情況不同。為了比較各種不同機械的省力程度，物理上還引入了一個機械效益的概念。機械效益定義為機械產生的對外作用力(P)跟外界施于機械的力(F)之比，若以MA表示機械效益。則：MA＝。
對于杠桿，MA就是阻力和動力之比；對于輪軸，在不考慮摩擦情況下，MA等于輪半徑和軸半徑之比；對于斜面，在忽略摩擦的情況下，MA等于斜面的長和高之比。根據定義，機械效益是由實際測得的機械對外作用力(有用阻力)和外界施于機械的力(動力)的大小所決定的。同樣克服一個有用阻力，有時因為機械潤滑得好，無用阻力就小，需要的動力也就小，因此，機械效益就大；反之，機械效益就小。新機械的機械效益往往比舊機械的機械效益大些。
機械效益又稱“機械利益”，有時亦稱“力比”。概括地說，機械效益是一個描述機械省力程度的物理量。
機械效率與機械效益既有聯系又有區別。機械效率與機械效益是兩個比較類同的概念，使用時稍不留心就要混淆。經過以上分析，我們可以得出以下兩點：(1)機械效率是描述機械做功本領程度的一個物理量，它是在研究機械做功情況時引出的；機械效益是描述機械省力程度的一個物理量，它是在研究機械省力情況時引出的。(2)機械效率與機械效益都是一個無單位的純數，機械效率η總是小于1，而機械效益MA可以小于1，也可以等于1或大于1。
第3節　機械效率
第1課時　認識機械效率
這一節主要講述有用功、額外功、總功和機械效率等方面的內容。前面我們已經學習了功的基本概念，而引入這些物理概念的目的就在于要研究機械做功的問題。一談到機械做功就不得不談到機械效率的問題，所以這節課將更多地與我們的實際生活相聯系。在上課時注重與生活實際相聯系，讓學生通過學習，明確機械的使用就是為了代替人力做功，鼓勵學生認真了解和認識身邊的機械，而且在教學過程中讓學生自己動手探究滑輪組的機械效率，調動了學生自主學習的積極性和主動性，激發了學生學習的興趣。
第2課時　測量機械效率
多媒體課件、刻度尺、鉤碼若干、彈簧測力計、鐵架臺、兩個相同的滑輪、長約2 m的細繩、斜面、小木塊、棉布、毛巾。
一、情景導入
我們騎自行車上坡時，選擇怎樣的路線更輕松些？往汽車上搬運較重的貨物時，常?？吹桨徇\工人搭上一個長木板，沿木板就可以把貨物輕松地推上去，這是為什么？(學生回答：走S形路線輕松；斜面可以省力……)那這樣是否省功呢？(學生回答：沒有，使用任何機械都不省功)我們能用實驗來探究說明嗎？下面我們就一起來探究如何測量機械效率。
二、合作探究
　測量機械效率
1．測量滑輪組的機械效率
如何測量滑輪組的機械效率？
(1)實驗原理：η＝＝。
(2)器材：刻度尺、鉤碼若干、彈簧測力計、鐵架臺、兩個相同的滑輪、長約2 m的細繩。
(3)步驟：
①用彈簧測力計測量鉤碼所受的重力G并填入表格；
②按圖安裝滑輪組，分別記下鉤碼和彈簧測力計的位置；
③緩慢拉動彈簧測力計，使鉤碼升高，讀出拉力F的值，用刻度尺測出鉤碼上升的高度h和彈簧測力計移動的距離s，將這三個量填入表格；
④算出有用功W有、總功W總、機械效率η并填入表格；
⑤改變鉤碼的數量，重復上面的實驗。
實驗次數 G/N h/m W有/J F/N s/m W總/J η
1
2
3
4
　　(4)結論：動滑輪重一定，物重越大，機械效率越高。
同學們交流討論：如何提高滑輪組的機械效率？
提高滑輪組的機械效率的主要方法有：盡可能地增加物重；減小動滑輪重；減輕繩重和滑輪轉軸處的摩擦。
2．測量斜面的機械效率
如何測量斜面的機械效率？
(1)猜想：①斜面的機械效率可能和斜面的傾斜程度有關；②斜面的機械效率可能和斜面的粗糙程度有關。
(2)實驗器材：
斜面、小木塊、棉布、毛巾、彈簧測力計、刻度尺、鐵架臺。
(3)實驗裝置如圖：
(4)實驗步驟：
①測量小木塊的重力，記錄數據；
②把小木塊用彈簧測力計沿斜面勻速向上拉，分別記錄拉力F、木塊沿斜面移動的距離s、木塊上升的高度h；
③改變斜面的傾斜程度，重復步驟②；
④改變斜面的粗糙程度，分別鋪上棉布、毛巾，重復步驟②。
注意事項：①要勻速拉動木塊；②拉力要與斜面平行；③及時記錄數據。
(5)將實驗數據填入表中：
斜面傾 斜程度 斜面 材料 木塊重 力/N 斜面高 度/m 有用 功/J 拉力 /N 斜面 長/m 總功 /J 機械 效率
斜面越陡，越不省力，機械效率越高。斜面的傾斜程度相同時，斜面越光滑，機械效率越高。
斜面的機械效率：η＝＝。
第3節　機械效率
第2課時　測量機械效率
η＝＝
本節主要講如何測量機械效率。初學“機械效率”，往往會將有用功、額外功、總功弄混淆。想要學生理解機械效率的物理含義以及會測量機械效率，就必須使學生分清楚哪部分功是有用功，哪部分功是額外功，或者哪個力做的功是有用功，哪個力做的功是額外功，哪個力做的功是總功，分清楚后才知道在實驗中該測量哪些物理量。
機械做功以及機械效率與實際生活聯系比較密切，從學生熟悉的實例出發，本節課教學設計應當注重讓學生獨立自主思考，教師起引導的作用，調動學生自主學習的積極性和主動性。教學設計注意體現物理學的價值，提高學生理論聯系實際、解決實際問題的能力，在教與學過程中促進學生科學的價值觀和世界觀的形成。

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