資源簡介

第五節、機械效率
核心素養
通過實驗探究測定某種簡單機械的機械效率，培養學生的分析、歸納能力
教學設想
以“利用動滑輪提升重物”為背景，提出問題：動力對繩子做的功等于動滑輪提升重物所做的功嗎 讓學生猜測并設計實驗來驗證自己的猜想．學生經過數據分析后發現，動力對繩子做的功總是大于動滑輪提升物體做的功．進一步分析討論，引出有用功(W有用）、額外功(W額外）、總功(W總)，以及它們之間的關系和效率（機械性能的重要標志）的概念．通過理解、運用機械效率解決實際問題，認識到提高機械效率有重要的意義．由此討論得出提高機械效率的兩種方法：減小額外功和增加有用功．在討論了怎樣提高機械效率的問題之后，把效率問題延伸到學生的學習和生活中，使學生明白只有提高學習效率，才能順利完成學習任務．
1．關于“活動11.5　　再探動滑輪”的教學
在活動11.2中，學生做過了探究動滑輪的實驗，研究了拉力F與鉤碼重G之間的關系，從而認識了動滑輪的特點，本節課再次探究動滑輪，主要研究外力對機械做功W總和機械對物體做功W有用之間的關系，從而導出機械效率的概念．
實驗中要分別測出手的拉力F、手移動的距離s鉤碼所受的重力G和鉤碼上升的高度h,實驗中通常只用一把刻度尺，無法同時測出s和h的數值，教師可引導學生只測量h 的數值，再利用s和h的關系：s=2h，求出s的數值．
2．關于“提高機械效率”的教學．
教材中安排了“想一想”活動，請學生討論怎樣提高機械效率．教師可從機械效率公示
入手，引導學生從兩個方面討論：第一減小額外功，第二增大有用功．
教學目標
物理觀念
（1）通過探究使用動滑輪的特點，知道有用功、總功、額外功的概念及它們之間的關系。
（2）理解機械，效率的概念及物理意義，知道實際的機械效率總小于100%
科學思維
通過探究使用動滑輪的特點，知道使用機械就要做額外功
科學探究
通過實驗探究與討論，認識提高機械效率的主要方法．
科學態度與責任
知道提高機械效率的實際意義和方法，有合理改進機械、提高效率的意識，增強將科、學服務于人類的責任感．
教學重難點及突破
重點
理解什么是有用功、總功、額外功和機械效率，知道它們之間的關系；機械效率的概念和有關計算．
難點
理解機效率的概念和物理意義，知道如何計算某種簡單機械的機械效率，知道實際的機械效率均小于100%，知道提高機械效率的方法
教學突破
通過“探究使用動滑輪的特點”，讓學生猜測并動手設計實驗來驗證自己的猜想．通過對實驗的數據分析，發現動力對繩子做的功總是大于動滑輪提升物體做的功，進一步分析討論，引出有用功、額外功和總功的概念．由于額外功的存在，因此使用機械時存在效率問題，然后通過事例分析，再結學生探究實驗幫助學生理解．
通過對實例的討論和理論的分析，知道因為額外功的存在，實際的機械效率均小于100%．結合例幫助學生理解和學會運用公式，提高他們的分析、計算能力和綜合運用能力．在解機械效率的概念和物理意義的基礎上，運用公式討論并結合實驗探究，總結出提高機械效率的方法．
教學準備
教師準備
1．多媒體電腦、展臺、自制PPT課件（動畫：測滑輪組的機械效率）．
2．鐵架臺一個、定滑輪一個、動滑輪一個、二定二動滑輪各一個、細線一根、鉤碼若干、彈簧測力計一個、直尺一把。
3．準備梯關用功、總功、機械效率計算的例題。
學生準備
1．預習課本：什么是有用功、什么是額外功、什么是總功、什么是機械效率、它們的計算公式分別有哪些
2．鐵架臺一個、定滑輪一個、動滑輪一個、二定二動滑輪各一個、細線一根、鉤碼若于、彈簧力計一個、直尺一把．
教學過程
一、創設情境，新課導入
幻燈片展示：小明利用動滑輪把木料拉上四樓
提出問：小明利用動滑輪把木料拉上四樓時，手拉繩做的功與動滑輪對木料做的功相等嗎 怎樣探究這個問題
點評：展示生活中的買際事例，引發思考與討論，引入課題．
二、活動11.5　　再探動滑輪
過渡：如教材圖11-38所示，以實驗用動滑輪為例進行探究，請設計方案．
（1）設計實驗方案：用手通過一只彈簧測力計拉一個動滑輪，沿豎直方向勻速緩慢提起重為G的鉤碼．
（2）為了探究上述問題需要測量的物理量是：手對繩的拉力F、手移動的距離s鉤碼的重力a、鉤碼上升的高度h
（3）改變鉤碼的數量，重復上述測量．
請學生發表自己的見解，提出各種方案．
（4）設計表格，將實驗數據填入下表中
實驗次數 手的拉力F/N 手移動距離s/m 鉤碼重G/N 鉤碼上升高度h/m
①
②
③
學生進行實驗，邊實驗邊填表
（5）分析實驗數據：
①算一算：手拉繩所做的功與動滑輪拉鉤碼所做的功是否相等 （不相等）
②哪一個做的功多一些 （手拉繩做的功多）
③你認為產生這一現象的原因是什么 （有摩擦，在提起重物時還要提起動滑輪）
④人們為什么還要使用動滑輪 （可以省力）
（6）評估：分析實驗誤差，指出要使重物重一些，誤差就會小一些．
講述：使用任何機械也都能得到這些規律．
點評：根據實驗再次探究使用任何機械都不省功，反而費了功，隨勢引導學生分析得到使用機械的優點．
三、關于機械效率的概念
講述幾個基本概念：
有用功：W有用——將重物提升一定高度所做的功．
額外功：W額外——克服摩擦力和克服動滑輪重力所做的功．
總功：W總——手的拉力對動滑輪做的功，則總功等于有用功和額外功之和．
三者之間的關系：引入新的物理量——機械效率
機械效率的概念：物理學中，有用功與總功的比值稱為機械效率
即：機械效率=　×100%.
計算公式：η=×100%
講述：機械效率是機械的一種性能指標，對于實際機械，由于有用功總是有額外功存在（不可避免的要做額外功），總有W有用算一算：活動11.5中在不同情況下動滑輪的機械效率是多少
學生進行計算，師生共同分析點評．
立體，如圖11-5-1所示，某人用機械效率為80%的滑輪組勻速提升重120N的物體，在2s內，繩的自由端移動了6m．求；
（1）物體上升的高度和速度是多少
（2）人的拉力為多少
（3）人所做的額外功是多大
點評：通過實驗分析和歸納得出新物理概念，通過例題加強知識的
應用和計算，注重解題方法的指導和解題的規范性。
四、影響機械效率的因素及提高機械效率的方法． 圖11-5-1
過渡：能否測一測滑輪組的機械效率 請利用手邊的器材選擇其中　　
一種滑輪組進行實驗
學生選擇一定一動滑輪組、二定二動滑輪組或一定二動滑輪組進行實驗，收集數據．
討論：根據以上實驗和計算，你能否說出影響機械效率的因素有哪些
學生回答：有用功和額外功．
提問：這個因素是怎樣影響的
回答：有用功一定時，額外功越大，機械效率越低；額外功一定時，有用功越大，機械效率越高。
繼續提問：對滑輪組來說，這兩個因素是怎樣影響的
回答：同一個滑輪或滑輪組，提起的重物越重．機械效率越高；提起相同的重物，動滑輪越重，或使用動滑輪越多，機械效率越低．
總結：提高滑輪組的機械效率的辦法有，提高物體的重力，或減少動滑輪的重力，還可減少摩擦、繩子的重力等．
點評：水到渠成，討論分析得出提高機械效率的辦法，以及提高滑輪組的機械效率的具體辦法．
五、交流與小結．
今天學到了哪些知識 請同學們進行歸納．
學生自由小結．
本節課學習了有用功、額外功、總功、機械效率的概念及相關的計算公式，并知道提高機械效率的基本途徑是：一是增大有用功，二是減小額外功，其中提高滑輪組的機械效率的辦法有：提高物體的重力，或減少動滑輪的重力，還可減少摩擦、繩子的重力等．
六、布置作業．
復習本°課學習的重要知識，并完成課本第23頁練習第1、2題．
思考：機械越省力，機械效率越高嗎 為什么
板書設計
第五節　　機械效率
1．有用功：W才n—將重物提升一定高度所做的功．
額外功：W頸外—克服摩擦力和克服動滑輪重力所做的功．
總功：W恩——手的拉力對動滑輪做的功，則總功等于有用功和額外功之和
機械效率的定義：物理學中，有用功與總功的比值稱為機械效率．
即機械效率=有用功/總功×100%
計算公式η=×100%.
機械效率是機械的一種性能指標，對于實際機械，由于有用功總是有額外功存在（不可避免的要做額外功），總有W有用2．提高機械效率的基本途徑是：一是增大有用功，二是減小額外功．
提高滑輪組的機械效率的辦法有：提高物體的重力，或減少動滑輪的重力，還可減少摩擦、繩子的重力等．
教學探討與反思
學生在做關率題目時，常常分不清哪個是有用功，哪個是總功．教師要講清：動力（人或電動機）對機械所做的功是總功，機械對物體所做的功是有用功，或者說如果機，直接用手移動物體所做的功是有用功．
例如，在水力發電站中，水從高處流下來帶動發電機，水的重力所做的功Gh是總功，發電機發出的電能(電功)是有用功；而在電動抽水機把水提升某一高度時，抽水機消耗的電能（電流所做的功）是總功，水勢能的增加量Gh是有用功；在用滑輪組提升物體的過程中，有用功是Gh，總功是fs；在用滑輪組拉物體水平移動的過程中，有用功是克服摩擦做的功fs，總功是Fs；如果用滑輪組沿斜面向上拉物體，在物體升高的過程中，求滑輪組的機械效率、求斜面的機械效率與求整體（滑輪和斜面的組合機械）的機械效率都是不同的。
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