【核心素养目标】苏科版九年级物理上册第十一章简单机械和功 第5节 机械效率 教学设计

第五节、机械效率
核心素养
通过实验探究测定某种简单机械的机械效率，培养学生的分析、归纳能力
教学设想
以“利用动滑轮提升重物”为背景，提出问题：动力对绳子做的功等于动滑轮提升重物所做的功吗 让学生猜测并设计实验来验证自己的猜想．学生经过数据分析后发现，动力对绳子做的功总是大于动滑轮提升物体做的功．进一步分析讨论，引出有用功(W有用）、额外功(W额外）、总功(W总)，以及它们之间的关系和效率（机械性能的重要标志）的概念．通过理解、运用机械效率解决实际问题，认识到提高机械效率有重要的意义．由此讨论得出提高机械效率的两种方法：减小额外功和增加有用功．在讨论了怎样提高机械效率的问题之后，把效率问题延伸到学生的学习和生活中，使学生明白只有提高学习效率，才能顺利完成学习任务．
1．关于“活动11.5　　再探动滑轮”的教学
在活动11.2中，学生做过了探究动滑轮的实验，研究了拉力F与钩码重G之间的关系，从而认识了动滑轮的特点，本节课再次探究动滑轮，主要研究外力对机械做功W总和机械对物体做功W有用之间的关系，从而导出机械效率的概念．
实验中要分别测出手的拉力F、手移动的距离s钩码所受的重力G和钩码上升的高度h,实验中通常只用一把刻度尺，无法同时测出s和h的数值，教师可引导学生只测量h 的数值，再利用s和h的关系：s=2h，求出s的数值．
2．关于“提高机械效率”的教学．
教材中安排了“想一想”活动，请学生讨论怎样提高机械效率．教师可从机械效率公示
入手，引导学生从两个方面讨论：第一减小额外功，第二增大有用功．
教学目标
物理观念
（1）通过探究使用动滑轮的特点，知道有用功、总功、额外功的概念及它们之间的关系。
（2）理解机械，效率的概念及物理意义，知道实际的机械效率总小于100%
科学思维
通过探究使用动滑轮的特点，知道使用机械就要做额外功
科学探究
通过实验探究与讨论，认识提高机械效率的主要方法．
科学态度与责任
知道提高机械效率的实际意义和方法，有合理改进机械、提高效率的意识，增强将科、学服务于人类的责任感．
教学重难点及突破
重点
理解什么是有用功、总功、额外功和机械效率，知道它们之间的关系；机械效率的概念和有关计算．
难点
理解机效率的概念和物理意义，知道如何计算某种简单机械的机械效率，知道实际的机械效率均小于100%，知道提高机械效率的方法
教学突破
通过“探究使用动滑轮的特点”，让学生猜测并动手设计实验来验证自己的猜想．通过对实验的数据分析，发现动力对绳子做的功总是大于动滑轮提升物体做的功，进一步分析讨论，引出有用功、额外功和总功的概念．由于额外功的存在，因此使用机械时存在效率问题，然后通过事例分析，再结学生探究实验帮助学生理解．
通过对实例的讨论和理论的分析，知道因为额外功的存在，实际的机械效率均小于100%．结合例帮助学生理解和学会运用公式，提高他们的分析、计算能力和综合运用能力．在解机械效率的概念和物理意义的基础上，运用公式讨论并结合实验探究，总结出提高机械效率的方法．
教学准备
教师准备
1．多媒体电脑、展台、自制PPT课件（动画：测滑轮组的机械效率）．
2．铁架台一个、定滑轮一个、动滑轮一个、二定二动滑轮各一个、细线一根、钩码若干、弹簧测力计一个、直尺一把。
3．准备梯关用功、总功、机械效率计算的例题。
学生准备
1．预习课本：什么是有用功、什么是额外功、什么是总功、什么是机械效率、它们的计算公式分别有哪些
2．铁架台一个、定滑轮一个、动滑轮一个、二定二动滑轮各一个、细线一根、钩码若于、弹簧力计一个、直尺一把．
教学过程
一、创设情境，新课导入
幻灯片展示：小明利用动滑轮把木料拉上四楼
提出问：小明利用动滑轮把木料拉上四楼时，手拉绳做的功与动滑轮对木料做的功相等吗 怎样探究这个问题
点评：展示生活中的买际事例，引发思考与讨论，引入课题．
二、活动11.5　　再探动滑轮
过渡：如教材图11-38所示，以实验用动滑轮为例进行探究，请设计方案．
（1）设计实验方案：用手通过一只弹簧测力计拉一个动滑轮，沿竖直方向匀速缓慢提起重为G的钩码．
（2）为了探究上述问题需要测量的物理量是：手对绳的拉力F、手移动的距离s钩码的重力a、钩码上升的高度h
（3）改变钩码的数量，重复上述测量．
请学生发表自己的见解，提出各种方案．
（4）设计表格，将实验数据填入下表中
实验次数 手的拉力F/N 手移动距离s/m 钩码重G/N 钩码上升高度h/m
①
②
③
学生进行实验，边实验边填表
（5）分析实验数据：
①算一算：手拉绳所做的功与动滑轮拉钩码所做的功是否相等 （不相等）
②哪一个做的功多一些 （手拉绳做的功多）
③你认为产生这一现象的原因是什么 （有摩擦，在提起重物时还要提起动滑轮）
④人们为什么还要使用动滑轮 （可以省力）
（6）评估：分析实验误差，指出要使重物重一些，误差就会小一些．
讲述：使用任何机械也都能得到这些规律．
点评：根据实验再次探究使用任何机械都不省功，反而费了功，随势引导学生分析得到使用机械的优点．
三、关于机械效率的概念
讲述几个基本概念：
有用功：W有用——将重物提升一定高度所做的功．
额外功：W额外——克服摩擦力和克服动滑轮重力所做的功．
总功：W总——手的拉力对动滑轮做的功，则总功等于有用功和额外功之和．
三者之间的关系：引入新的物理量——机械效率
机械效率的概念：物理学中，有用功与总功的比值称为机械效率
即：机械效率=　×100%.
计算公式：η=×100%
讲述：机械效率是机械的一种性能指标，对于实际机械，由于有用功总是有额外功存在（不可避免的要做额外功），总有W有用算一算：活动11.5中在不同情况下动滑轮的机械效率是多少
学生进行计算，师生共同分析点评．
立体，如图11-5-1所示，某人用机械效率为80%的滑轮组匀速提升重120N的物体，在2s内，绳的自由端移动了6m．求；
（1）物体上升的高度和速度是多少
（2）人的拉力为多少
（3）人所做的额外功是多大
点评：通过实验分析和归纳得出新物理概念，通过例题加强知识的
应用和计算，注重解题方法的指导和解题的规范性。
四、影响机械效率的因素及提高机械效率的方法． 图11-5-1
过渡：能否测一测滑轮组的机械效率 请利用手边的器材选择其中　　
一种滑轮组进行实验
学生选择一定一动滑轮组、二定二动滑轮组或一定二动滑轮组进行实验，收集数据．
讨论：根据以上实验和计算，你能否说出影响机械效率的因素有哪些
学生回答：有用功和额外功．
提问：这个因素是怎样影响的
回答：有用功一定时，额外功越大，机械效率越低；额外功一定时，有用功越大，机械效率越高。
继续提问：对滑轮组来说，这两个因素是怎样影响的
回答：同一个滑轮或滑轮组，提起的重物越重．机械效率越高；提起相同的重物，动滑轮越重，或使用动滑轮越多，机械效率越低．
总结：提高滑轮组的机械效率的办法有，提高物体的重力，或减少动滑轮的重力，还可减少摩擦、绳子的重力等．
点评：水到渠成，讨论分析得出提高机械效率的办法，以及提高滑轮组的机械效率的具体办法．
五、交流与小结．
今天学到了哪些知识 请同学们进行归纳．
学生自由小结．
本节课学习了有用功、额外功、总功、机械效率的概念及相关的计算公式，并知道提高机械效率的基本途径是：一是增大有用功，二是减小额外功，其中提高滑轮组的机械效率的办法有：提高物体的重力，或减少动滑轮的重力，还可减少摩擦、绳子的重力等．
六、布置作业．
复习本°课学习的重要知识，并完成课本第23页练习第1、2题．
思考：机械越省力，机械效率越高吗 为什么
板书设计
第五节　　机械效率
1．有用功：W才n—将重物提升一定高度所做的功．
额外功：W颈外—克服摩擦力和克服动滑轮重力所做的功．
总功：W恩——手的拉力对动滑轮做的功，则总功等于有用功和额外功之和
机械效率的定义：物理学中，有用功与总功的比值称为机械效率．
即机械效率=有用功/总功×100%
计算公式η=×100%.
机械效率是机械的一种性能指标，对于实际机械，由于有用功总是有额外功存在（不可避免的要做额外功），总有W有用2．提高机械效率的基本途径是：一是增大有用功，二是减小额外功．
提高滑轮组的机械效率的办法有：提高物体的重力，或减少动滑轮的重力，还可减少摩擦、绳子的重力等．
教学探讨与反思
学生在做关率题目时，常常分不清哪个是有用功，哪个是总功．教师要讲清：动力（人或电动机）对机械所做的功是总功，机械对物体所做的功是有用功，或者说如果机，直接用手移动物体所做的功是有用功．
例如，在水力发电站中，水从高处流下来带动发电机，水的重力所做的功Gh是总功，发电机发出的电能(电功)是有用功；而在电动抽水机把水提升某一高度时，抽水机消耗的电能（电流所做的功）是总功，水势能的增加量Gh是有用功；在用滑轮组提升物体的过程中，有用功是Gh，总功是fs；在用滑轮组拉物体水平移动的过程中，有用功是克服摩擦做的功fs，总功是Fs；如果用滑轮组沿斜面向上拉物体，在物体升高的过程中，求滑轮组的机械效率、求斜面的机械效率与求整体（滑轮和斜面的组合机械）的机械效率都是不同的。
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