苏科版九年级物理上册 11.5机械效率 教案

11.5
机械效率
教学目标
【知识与技能】
1．知道有用功、额外功和总功的含义，以及它们之间的关系。
2．理解机械效率，会用机械效率的公式进行简单的计算。
3．会测算滑轮组的机械效率。
4．知道机械效率总小于1，知道提高机械效率的方法和意义。
【过程与方法】　　
通过实验和分析,理解功和机械效率及影响机械效率的各种因素,并且最终能够从理论走向生活和生产。
　　
【情感态度与价值观】　
通过实验培养学生合作的团队精神、实事求是的科学态度以及理论实践相结合,主动探究寻求真理的科学精神。
教学重难点
【教学重点】
有用功、额外功、总功及机械效率。
【教学难点】
同一机械的效率是可变的。
教学过程
一、导入新课
现代社会是讲求效率的节约型社会，时时处处都要讲究提高效率，使用机械也要讲效率。那么，什么是机械效率呢？下面我们就来研究这个问题。
二、新课教学
(一)有用功、额外功和总功
日常生活中，人们搬移物体，不是将物体平移到另一个地方，就是将物体从低处搬到高处(或从高处搬到低处)。
课件展示有关生活、生产中搬移物体的片段，引导学生观察。
搬移物体过程中，可以用手直接搬，还可以利用机械。
演示：(1)用手将一重物直接从低处匀速搬到高处。
(2)利用斜面将该重物从低处匀速搬到高处。
(3)用动滑轮将该重物从低处匀速搬到高处。
交流：这些实验中，如何测算人做功的多少？
测算：测出上述实验中人所做的功。
分析：利用机械时，所做的功为何多一些？
讨论：哪些功是我们为了达到特定目的必须要做的功？哪些功是我们不需要但又不得不做的功？
学生经过思考、讨论，可以作答。
分析：哪些功是我们为了达到特定目的必须要做的功？哪些功是我们不需要但又不得不做的功？
在学生回答的基础上，指出“有用功”“额外功”及“总功”的含义。
1．有用功(W有用)：为达到目的人们需要且必须做的功。
2．额外功(W额外)：对人们既无利用价值又不得不做的功。
3．总功(W总)：动力所做的功。
4．总功等于有用功和额外功的总和，即W总＝W有用＋W额外。
典例解读　李玲玲同学用水桶从水井中提水做清洁，她在把水从井底提上来的过程中，下列关于做功的说法中正确的是(　　)
A．对桶所做的功是有用功
B．对水所做的功是额外功
C．对水所做的功是有用功
D．对水所做的功是总功
【解析】由题意可知，该同学的目的是把水提上来，所以对水所做的功是有用功；在提水的过程中，也要对桶和绳做功，这部分功是额外功。该同学对水、桶和绳做功的总和是总功。
【答案】C
(二)什么是机械效率
讨论：
(1)当你用水桶提水时，有两只大小相同的水桶可供选择，一只是轻质塑料桶，另一只是厚铁皮桶，你选择哪一只水桶？为什么？
(2)当你用动滑轮提升重物时，你希望选用什么样的滑轮？为什么？
至此，引导学生自己总结出机械效率的定义和公式。
1．机械效率的定义：有用功与总功的比值。
2．公式：η＝×100%
3．讨论
(1)机械效率的高低表示的物理意义是什么？
(2)机械效率的单位是什么？
(3)为什么机械效率总小于1？能不能等于1？
(4)如何提高机械效率？
4．练习
如左下图所示，建筑工人用滑轮组提升重为220
N的泥桶，动滑轮重为20
N，不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重。如果工人将绳子匀速向上拉了6
m，则泥桶上升了多少？滑轮组的机械效率是多少？
典例解读　如右上图所示，拉力F＝80
N，物体重G＝120
N，若绳子自由端匀速拉动的距离s＝4
m，物体被提高的距离h＝2
m，求：
(1)拉力所做的有用功；
(2)拉力所做的总功W总；
(3)该滑轮组的机械效率η。
【解析】关于滑轮组的机械效率，一般用有用功W有用＝Gh，总功W总＝Fs求解，另外s＝nh(n为滑轮组承担物重的绳子股数)。
【答案】(1)W有用＝240
J；
(2)W总＝Fs＝320
J；
(3)η＝×100%＝75%。
(三)测算滑轮组的机械效率
实验目的：测算滑轮组的机械效率。
实验原理：η＝×100%
讨论：
(1)滑轮组工作中的有用功怎样计算？需要测量哪些物理量？
(2)滑轮组的额外功是怎样产生的，是否便于测量？
(3)有其他简便的方法测算总功吗？需要测量哪些物理量？
(4)为了求出滑轮组的有用功和总功，进而测出滑轮组的机械效率，除滑轮组外，实验中还需要哪些测量器材？
注意事项：
(1)钩码上升的高度h，可用竖直放置在钩码旁的刻度尺读出，以钩码的下端为标准读数。
(2)拉力F的大小由弹簧测力计的示数读出，要竖直向上匀速拉动弹簧测力计，弹簧不要和外壳摩擦。
(3)测量细绳自由端通过的距离s时，可事先在细绳自由端上作一标记，再拉弹簧测力计，用滑轮组提升重物。用刻度尺量出钩码上升的高度后，再量出细绳标记移动的距离，就是细绳自由端通过的距离s。
实验结果：同一个滑轮组，在提升不同的重物时，其机械效率是不同的。
思考：还有什么因素会影响滑轮组的机械效率？为什么？
典例解读　在做“测滑轮组机械效率”的实验中，小强和同学们组装了如图所示的甲、乙两个滑轮组(每只滑轮重都相同，不计摩擦和绳重)。
(1)对于甲图所示的滑轮组，如果没有刻度尺，只要测出钩码重G，然后竖直向上匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，从弹簧测力计上读出拉力值F，即可算出该滑轮组的机械效率η＝______。
(2)比较甲、乙两滑轮组的机械效率，可知η甲______(填“>”“<”或“＝”)
η乙。
(3)实验后小强猜想，对于同一滑轮组(例如图乙)，它的机械效率也可能不是固定的，于是他用实验进行了探究，并证明自己的猜想是正确的。你认为小强应采用的正确方法是什么？答：________________________________________________________________________。
【解析】(1)在做“测滑轮组机械效率”的实验中，由于绳子自由端通过的距离s与物体上升的高度h的关系是s＝nh；在求滑轮组的机械效率时，如果没有刻度尺，也可以用导出公式来计算机械效率：η＝＝＝＝＝
。
(2)当提升的物体重力相同时，滑轮组机械效率的高低与动滑轮的重力有关，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。乙滑轮组的动滑轮较重，则它的机械效率较低。
(3)当物体的重力增大时，滑轮组的机械效率将变大。因此，小强只要在乙滑轮组中增加钩码，再重复前面的操作，算出滑轮组的机械效率，跟原来的机械效率相比较即可。
【答案】(1)　(2)>　(3)在乙滑轮组中，增加钩码，再重复前面的操作，算出滑轮组的机械效率，跟原来的机械效率相比较
[课堂小结]
1．有用功、额外功和总功的含义，以及它们之间的关系。
2．机械效率的含义。
3．机械效率总小于1。
4．提高机械效率的方法。
板书设计
11.5
机械效率
一、功
1．有用功
2．额外功
3．总共
二、机械效率
1．定义：
2．意义：
三、机械效率的计算