第十二章 简单机械
第1节 杠 杆
◇教学目标◇
【知识与技能】
1.了解杠杆及支点、动力臂、阻力臂等概念。
2.掌握杠杆的平衡条件。
3.会确认并画出力臂。
4.了解杠杆的一些应用。
【过程与方法】
通过参与科学探究活动,归纳出杠杆的平衡条件,培养学生的观察能力和分析能力。
【情感·态度·价值观】
通过了解杠杆的运用,进一步认识物理的价值,培养学生学习物理的兴趣。
◇教学重难点◇
【教学重点】
1.杠杆的平衡条件。
2.运用杠杆平衡条件分析相关问题。
【教学难点】
力臂的概念及其画法。
◇教学过程◇
一、新课导入
阿基米德是两千多年前古希腊杰出的科学家,他曾经说过:“给我一个支点,我就能撬动地球”。 你认为他能做到吗?
二、教学步骤
探究点1 杠杆
[阅读课本]P76“杠杆”
[思考]观察图12.1—1,有没有发现它的特点?
[提示]这个硬棒能绕固定点转动。
[思考]生活中与此类似的,能够绕固定点转动的物体有哪些?
[提示]撬棒、跷跷板、钓鱼竿等。
[小结]在力的作用下,能绕某一固定点转动的硬棒(或直棒或曲棒),叫做杠杆。
[思考]观察图12.1—1,用撬棒撬动物体,分析撬棒除自身重力外,还受到几个力的作用?
[提示]手给撬棒一个动力,石头给撬棒一个阻力。
[思考]动力和阻力在作用效果上有什么特点?
[提示]从力的作用效果角度分析,一个力使得杠杆朝顺时针方向转动,另一个力使得杠杆朝逆时针方向转动。
[小结]使杠杆转动的力,叫做动力;阻碍杠杆转动的力,叫做阻力。
[注意]动力和阻力是相对的,要视具体情况而定;动力和阻力是杠杆受到的力,作用点在杠杆上。
[思考]什么叫做力臂?
[小结]从支点到力的作用线的距离,叫做力臂。动力的力臂叫做动力臂,阻力的力臂叫做阻力臂。
[思考]如何正确作出图12.1—1中的力臂呢?
[归纳提升]画力臂的一般步骤:①确定支点;②画出力的作用线(过F1、F2的直线,一般画为虚线);③从支点向力的作用线作垂线,垂足在力的作用线上;④标出力臂。
[习题]如图所示,O是轻质杠杆的支点,l1是使杠杆保持水平平衡的动力F1的力臂,请你画出动力F1的示意图(要求保留作图痕迹)。
[分析]过力臂的上端画出力臂l1的垂线,即动力F1的作用线,与杠杆交于一点,该点为动力F1的作用点A,由于物体对杠杆的作用力使杠杆沿逆时针方向转动,所以动力F1应使杠杆沿顺时针方向转动,即F1的方向斜向上。
[答案]
探究点2 杠杆的平衡条件
[阅读课本]P77“杠杆的平衡条件”
[思考]怎样才叫杠杆平衡?
[提示]当杠杆在动力和阻力的作用下静止时,我们就说杠杆处于平衡状态。
[思考]为了使跷跷板保持水平平衡,你知道有哪些方法吗?
[提示]体重大的可以离支点近一点或体重小的离支点远一点;如果不改变位置,可将体重小的一端再放一适当的重物。
[小结]实现杠杆平衡有两种方法:改变动力或阻力的大小;改变动力臂或阻力臂的大小。
[实验]杠杆的平衡条件。
[思考]实验前,如何使杠杆处于平衡状态?
[提示]调节杠杆两端的平衡螺母,并按“左倾右调、右倾左调”的原理进行调节。
[思考]实验前,调节杠杆两侧平衡螺母的目的是什么?
[提示]调节两侧的平衡螺母,使杠杆处于水平平衡位置,这样可以避免杠杆自身重力对杠杆平衡的影响。
[思考]实验时,能否通过调节平衡螺母使杠杆平衡呢?
[提示]实验探究的是力和力臂对杠杆平衡的影响,需要改变力或力臂的大小使杠杆再次平衡,不能再调节平衡螺母。
[思考]实验时,杠杆再次平衡,依然保持在水平位置,这样做的目的是什么?
[提示]钩码对杠杆的拉力方向与重力方向相同,当杠杆水平时,支点到悬挂点的距离就等于力臂,从而便于测量力臂。
[思考]实验时,有哪些必要操作?
[提示]将杠杆调平后,在杠杆的两端分别挂上数量不同的钩码,用F1、F2表示钩码的拉力,用l1、l2表示钩码悬挂点离支点O的距离。改变钩码数量和它们离开支点O的距离,使杠杆处于水平静止状态。
[思考]你是如何确定动力和阻力的呢?
[提示]为了统一标准,我们把支点右边的钩码当动力,支点左边的钩码当阻力。
[思考]多次改变钩码的个数及它们离开支点的距离,目的是什么?
[提示]多次实验的目的是使得出的结论更具有普遍性。
[思考]分析数据,我们能得出什么规律?
[提示]分析动力和动力臂的乘积与阻力和阻力臂的乘积关系。
[归纳提升]杠杆平衡时,杠杆的动力乘动力臂等于阻力乘阻力臂,即杠杆的动力臂l1是阻力臂l2的几倍,杠杆的动力F1就是阻力F2的几分之一,这就是杠杆的平衡条件。公式:F1l1=F2l2。
[思考]如果将杠杆的一端用弹簧测力计竖直拉住,让杠杆水平平衡。然后慢慢地减小弹簧测力计与杠杆的夹角,观察测力计的示数是否变化,如果变化,是怎样变化的呢?
[提示]当弹簧测力计与杠杆的夹角减小时,弹簧测力计的示数变大,弹簧测力计对杠杆的拉力力臂变小。
[拓展]这个实验改进可以验证杠杆的平衡条件是动力×动力臂=阻力×阻力臂;而不是动力×动力到动力作用点的距离=阻力×阻力到阻力作用点的距离。
[思考]如图,用羊角锤起钉子,你能在图中画出在A点施加最小力F的示意图和动力臂l吗?
[提示]由杠杆的平衡条件F1l1=F2l2可知,当动力臂最大时,动力最小,即最省力。连接支点和力的作用点A即是最大动力臂,如图所示:
[归纳提升]最小动力的作图方法:①连接支点到力的作用点的距离,即为最长力臂;②作出连线的垂线,即为最小动力作用线;③根据杠杆转动的方向确定力的方向。
探究点3 生活中的杠杆
[阅读课本]P79“生活中的杠杆”
[思考]作出图12.1—5中动力和阻力相应的力臂,你能否对这些简单机械进行分类呢?
[提示]比较动力臂和阻力臂的长短,或根据是否省力进行合理分类。
[思考]省力的杠杆都有哪些特点?为什么叫省力杠杆?
[提示]当动力臂大于阻力臂时,根据杠杆的平衡条件可知动力小于阻力,这就叫省力,这样的杠杆叫做省力杠杆。
[归纳提升]动力臂大于阻力臂,使用时省力,为省力杠杆;动力臂小于阻力臂,使用时费力,为费力杠杆;动力臂与阻力臂相差不多,使用时既不省力也不费力,为等臂杠杆。
[思考]生活中哪些是省力杠杆,哪些是费力杠杆,哪些是等臂杠杆,你能列举一些实例吗?
[提示]老虎钳、羊角锤等是省力杠杆,理发剪刀、镊子等是费力杠杆,普通剪刀、托盘天平等是等臂杠杆。
[归纳提升]省力杠杆可以省力,但费距离;费力杠杆虽然费力,但可以省距离;等臂杠杆既不省力也不费力,且既不省距离也不费距离。
三、板书设计
第1节 杠 杆
1.杠杆
(1)支点
(2)动力
(3)阻力
(4)动力臂
(5)阻力臂
2.杠杆的平衡条件:F1l1=F2l2
3.生活中的杠杆
(1)省力杠杆
(2)费力杠杆
(3)等臂杠杆
◇教学反思◇
杠杆在生活和生产中有着广泛的应用,大部分学生对生活中的杠杆比较熟悉,也很感兴趣,但不了解杠杆的“五要素”及杠杆的平衡条件。通过本节课的学习,可以把学生的感性经验上升为理性认识,把实物抽象为模型,让学生领会物理学的研究方法。另外,让学生亲自经历探究杠杆平衡条件的全过程,有利于培养学生的科学探究能力。
第2节 滑 轮
◇教学目标◇
【知识与技能】
1.认识定滑轮和动滑轮。
2.认识定滑轮和动滑轮的本质及其作用。
3.知道简单机械的一些应用。
4.知道轮轴和斜面也能省力。
【过程与方法】
1.通过观察和实验,了解定滑轮和动滑轮的结构,培养学生的观察能力。
2.通过探究,了解定滑轮和动滑轮的特点,培养学生探究物理规律的能力。
【情感·态度·价值观】
通过了解简单机械在实际生活中的应用,初步认识科学技术对社会发展的作用。
◇教学重难点◇
【教学重点】
定滑轮、动滑轮和滑轮组的作用。
【教学难点】
对滑轮、斜面和轮轴特点的研究。
◇教学过程◇
一、新课导入
升旗时,站在地面上的人向下拉绳子,国旗就能徐徐升起。你知道旗杆顶端帮助我们把国旗升上去的装置是什么吗?
二、教学步骤
探究点1 定滑轮和动滑轮
[阅读课本]P82“定滑轮和动滑轮”
[思考]观察滑轮主要是由哪几个部分组成的?
[提示]熟悉与滑轮相关的几个名词,轮、框、轴并明确所在的位置。
[思考]你认为轮边的槽有什么作用呢?
[提示]绳子绕在轮子的槽中,拉动时才会方便自如。
[思考]如果将滑轮的轴固定,绳子的两端分别连接什么呢?
[提示]绳子的一端连接物体,另一端用手拉动。升旗时,国旗系在绳子的一端,另一端用手拉,国旗就能徐徐升起。
[思考]如果将重物挂在滑轮的挂钩上,绳子的两端分别连接什么呢?
[提示]此时,重物随滑轮一起运动,绳子的一端固定,另一端用手向上拉起。
[思考]通过操作,你发现用滑轮提升重物有几种方法?
[提示]一种方法是固定滑轮,将重物系在绳子的一端,手在另一端拉动;另一种方法是将重物挂在滑轮的挂钩上,绳子的一端固定,在另一端用手拉动。
[思考]这两种方法提升重物时,滑轮的使用有什么不同呢?
[提示]第一种方法中滑轮的轴不移动,另一种方法中滑轮的轴随重物一起移动。
[归纳提升]物理学中,把轴不随物体移动的滑轮叫定滑轮,把轴随物体一起移动的滑轮叫动滑轮。
[实验]研究定滑轮和动滑轮的特点。
[思考]先用弹簧测力计测出钩码的重力,目的是什么?
[提示]测量出钩码的重力,可以比较拉力和钩码重力的大小,从而判断该机械是否省力。
[思考]改变弹簧测力计拉力的方向,目的是什么?
[提示]通过改变弹簧测力计拉力的方向,可以验证拉力的大小与拉力的方向是否有关。
[思考]通过实验,你认为定滑轮有什么特点?
[提示]力的大小和物重的大小相同,改变拉力的方向,拉力的大小不变。
[小结]使用定滑轮不能省力,但可以改变力的方向。
[思考]使用动滑轮提升钩码时,拉力与物重有什么关系?
[提示]拉力的大小近似等于物重的一半。
[思考]改变拉力的方向,不再竖直拉动,而是斜着拉起,弹簧测力计的示数会改变吗?
[提示]当拉力的方向改变时,弹簧测力计的示数变大。
[思考]通过实验,你认为动滑轮有什么特点?
[提示]拉力的大小比物重小,改变拉力的方向后,拉力的大小会发生改变。
[小结]使用动滑轮可以省力,但不能改变力的方向。
[思考]如果把定滑轮看作一个杠杆,哪个点相当于支点?
[提示]滑轮固定时,滑轮绕着滑轮的轴转动,所以滑轮的轴相当于支点。
[思考]如何画定滑轮的力臂呢?
[提示]滑轮两边力的方向是沿着绳子方向的,作出轴(支点)到绳子(力的作用线)的距离即是对应的力臂,该力臂就是相应圆的半径。
[思考]改变拉力的方向,动力的力臂会改变吗?
[提示]绳子拉力的方向与滑轮相切,作出轴到拉力作用线的距离,其长度还是圆的半径。
[思考]根据杠杆的平衡条件,可以得出什么结论?
[提示]定滑轮的阻力臂和动力臂相等,由F1l1=F2l2可得,当l1=l2时,F1=F2,即F=G。
[归纳提升]定滑轮可以等效为杠杆,支点O在轴上;动力为拉力F,阻力为物重G;动力臂和阻力臂都等于定滑轮的半径,所以定滑轮的实质是等臂杠杆。拉力与阻力的关系为F=G;拉力方向改变后,动力臂和阻力臂仍为定滑轮的半径,拉力与阻力的关系仍为F=G。
[思考]动滑轮同样可以等效为杠杆,那动滑轮的支点在哪呢?
[提示]当动滑轮静止时,绳子的左端与滑轮相切且有力的作用,挂重物的钩码对滑轮有力的作用,绳子的右端与滑轮相切且有力的作用。为了探究拉力与物重的关系,所以选择绳子的左端与滑轮的相切处为支点。
[思考]动滑轮的支点有什么特点呢?
[提示]当重物上升时,动滑轮的支点随之上升,所以动滑轮的支点是动支点。
[思考]根据杠杆的平衡条件,你认为拉力的大小与物重有什么关系?
[提示]动滑轮的动力臂是滑轮的直径,阻力臂是滑轮的半径,根据F1l1=F2l2可得,当l1=2l2时,F1=F2,即F=G。
[思考]改变拉力的方向,动力臂有什么变化?拉力和物重有什么关系?
[提示]拉力方向改变后,动力臂变小,且小于动滑轮的直径,所以拉力F>G。
[归纳提升]动滑轮可以等效为杠杆,支点O在动滑轮的边缘上;动力为拉力F,阻力为物重G;动力臂是动滑轮的直径,阻力臂是动滑轮的半径,所以动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的杠杆。拉力与阻力的关系为F=G;拉力方向改变后,动力臂发生改变,且小于动滑轮的直径,阻力与阻力臂不变,不再满足F=G的关系。
[思考]实验得到的数据与理论分析有些偏差,你知道其中的原因吗?
[提示]绳子与滑轮间有摩擦,且动滑轮自身也有重力。
探究点2 滑轮组
[阅读课本]P83“滑轮组”
[思考]观察图12.2—4甲,你能否说出该滑轮的组装特点呢?
[提示]由一个定滑轮和一个动滑轮组成。绳子的固定端系在动滑轮上,自由端拉力的方向向上。
[思考]观察图12.2—4乙,你能否说出该滑轮的组装特点呢?
[提示]由一个定滑轮和一个动滑轮组成。绳子的固定端系在定滑轮上,自由端拉力的方向向下。
[思考]比较这两种组装方法,它们各有几股绳子拉住动滑轮呢?
[提示]第一种方法有3股绳子拉住动滑轮,第二种方法有2股绳子拉住动滑轮。
[思考]实验过程中,分别测出不同情况下拉力F和钩码的重力G,你能得出什么结论?
[提示]有2股绳子拉住动滑轮时,拉力F=G,有3股绳子拉住动滑轮时,拉力F=G。
[思考]比较第一种方法和第二种方法,它们都能改变力的方向吗?
[提示]第二种方法中绳子的自由端通过定滑轮,可以改变力的方向;第一种方法中绳子的自由端通过动滑轮,不能改变力的方向。
[思考]如果增加滑轮的个数和绳子的股数,再次组装滑轮组,你认为拉力F与物重G之间会有什么样的关系?
[归纳提升]拉力F、物重G和绳子股数n的关系为F=G,即使用滑轮组吊重物时,若动滑轮的重力和摩擦不计,动滑轮被几股绳子吊起,所用拉力就是物重的几分之一。使用滑轮组既可以省力,又可以改变力的方向。
[思考]若动滑轮的重力不能忽略,那么拉力F、物重G物、动滑轮重G动和绳子股数n之间会有什么关系呢?
[归纳提升]拉力F、物重G物、动滑轮重G动和绳子股数n的关系为F=(G物+G动)。
[思考]你对生活中的轮轴和斜面了解多少?
[提示]阅读P83“轮轴和斜面”
[习题]如图所示,利用滑轮组匀速提升重为10 N的物体,动滑轮重2 N,物体被提升了0.5 m,不计绳重和摩擦,则绳子的自由端移动的距离是 m,绳端的拉力F是 N,其中定滑轮的作用是 。?
[分析]由图知n=2,绳子自由端移动的距离s=2h=2×0.5 m=1 m;因为绳重和摩擦不计,所以绳端的拉力F=(G物+G动)=×(10 N+2 N)=6 N;根据定滑轮的特点可知,使用定滑轮不能省力,但可以改变力的方向。
[答案] 1 6 改变力的方向
三、板书设计
第2节 滑轮
1.定滑轮和动滑轮
(1)定滑轮的特点
(2)动滑轮的特点
(3)定滑轮的作用
(4)动滑轮的作用
(5)定滑轮的实质
(6)动滑轮的实质
2.滑轮组
(1)特点
(2)拉力与物重的关系:F=(G物+G动)
(3)滑轮组的组装
◇教学反思◇
本节课中把滑轮组看成变形的杠杆对学生来说比较抽象,可通过类比,采用抓住主要因素,忽略次要因素的方法,帮助学生将滑轮抽象成杠杆。动滑轮的支点是难点,学生不易理解,可对动滑轮进行受力分析,找出动滑轮受力的作用点,进而判断动滑轮的支点。
第3节 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及三者的关系。
2.理解机械效率的概念。
3.能应用机械效率的定义式进行简单的计算。
【过程与方法】
在实验探究过程中学会设计实验,收集实验数据,总结规律。
【情感·态度·价值观】
1.培养探索自然现象和日常生活中的物理知识的兴趣。
2.密切联系实际,提高将科学技术应用于日常生活的科学态度。
◇教学重难点◇
【教学重点】
机械效率的含义及其计算。
【教学难点】
设计实验方案、分析实验数据、归纳实验结论。
◇教学过程◇
一、新课导入
用水桶从井中提水,你认为桶重些好还是轻些好?用动滑轮将物体运到高处,你认为动滑轮重些好还是轻些好?为什么呢?
二、教学步骤
探究点1 有用功和额外功
[阅读课本]P85“有用功和额外功”
[思考]用弹簧测力计将钩码提升一段距离,弹簧测力计对钩码做功了吗?
[提示]弹簧测力计对钩码有拉力的作用,且在拉力的方向上移动了一段距离,所以弹簧测力计对钩码做了功。
[思考]利用弹簧测力计,并借助一个动滑轮将钩码提升一段距离,弹簧测力计只对钩码做功吗?
[提示]在拉力的作用下,钩码和动滑轮都上升了一段距离,所以弹簧测力计对钩码和滑轮都做了功。
[思考]比较弹簧测力计两次所做的功相同吗?
[提示]借助动滑轮时,不仅要对钩码做功,还要对动滑轮做功,所以第二次做的功多。
[思考]通过这一实验,使用机械做功时存在什么问题?
[提示]使用机械做功时,尽管可以省力、方便等,但由于机械本身的重力及摩擦等,需要额外多做一些功。
[思考]实验中对钩码所做的功,对滑轮及克服摩擦所做的功,以及拉力所做的功相同吗?
[归纳提升]拉力(或动力)所做的功叫做总功;克服滑轮的重力以及摩擦力所做的功(这部分功对我们是无用的,但又不得不做)称为额外功;对钩码所做的功叫有用功。
[思考]用一动滑轮将一桶沙子提升到一定的高度,需要对哪些物体做功?
[提示]提沙子时,沙子上升了一段距离,同时也要把桶、动滑轮提升上去,所以要对桶和动滑轮做功;另外绳和滑轮之间还有摩擦,故还需要克服摩擦做功。
[思考]指出这个问题中的有用功、额外功和总功。
[提示]我们的目的是提升沙子,所以提升沙子所做的功是有用功;用滑轮将沙子提升一段距离,不得不对桶和动滑轮做功,此外还要克服各种摩擦做功,这部分是没有用但又不得不做的功,是额外功;拉力所做的功是总功。
[思考]用桶从井中提水时,指出这个过程中的有用功、额外功和总功。
[提示]对水做的功是有用功,对桶做的功是额外功,拉力所做的功是总功。
[思考]如果桶掉到井里,从井里捞桶时,捞上来的桶带有一些水,指出这个问题中的有用功、额外功。
[提示]对桶做的功是有用功,对水做的功是额外功。
[思考]如图,将木箱沿着斜面推上车,指出这一情境中的有用功、额外功和总功。
[提示]我们的目的是把木箱运到车上,所以克服重力所做的功是有用功;同时木箱和斜面之间有摩擦,这部分是没有用的,所以克服摩擦所做的功是额外功;推力是动力,所以推力所做的功是总功。
[思考]通过以上事例的分析,归纳总功、有用功和额外功三者间的关系。
[提示]总功等于有用功与额外功之和,即W总=W有+W额。
探究点2 机械效率
[阅读课本]P86“机械效率”
[思考]用弹簧测力计提升钩码,和使用滑轮提升钩码时,两次所做的有用功相同吗?
[提示]钩码的重力相同,提升的高度相同,所以做的有用功相同。
[思考]用动滑轮提升钩码时,对动滑轮所做的功多些好,还是少些好?
[提示]对动滑轮所做的功是额外功,这部分功是没用的,所以越少越好。
[思考]根据有用功、额外功和总功的关系,你认为在使用机械时,我们需要关注什么?
[提示]在使用机械时需关注所做的总功中有用功占了多少。
[讲解]为了表示机械的这一特点,我们引入了一个新的物理量:机械效率。
[思考]什么叫机械效率?
[归纳提升]我们把有用功跟总功的比值叫做机械效率。机械效率用字母η表示,公式:η=。机械效率是有用功在总功中所占的百分比,所以没有单位。
[习题]如图,用同一滑轮组分别将物体A和物体B匀速提升相同的高度。与提升B相比,提升A的过程中滑轮组的机械效率较大。若不计绳重与摩擦的影响,则提升A的过程 ( )
A.额外功较小 B.额外功较大
C.总功较小 D.总功较大
[分析]由题知,提升两物体所用的滑轮组相同,将物体提升的高度相同,不计绳重和摩擦,克服动滑轮重力所做的功是额外功,由W额=G动h知,提升A和B所做额外功相同;不计绳重与摩擦的影响,额外功相同,提升A物体时滑轮组的机械效率较大,所以提升A物体所做的有用功较大,其总功较大。
[答案] D
[习题]如图,在斜面上将一个重5 N的物体匀速拉到顶端。沿斜面向上的拉力为2 N,斜面长4 m,高1 m,则拉力做的有用功为 J,斜面的机械效率为 。?
[分析](1)拉力做的有用功W有=Gh=5 N×1 m=5 J;(2)拉力F对物体做的总功W总=Fs=2 N×4 m=8 J,斜面的机械效率η==0.625=62.5%。
[答案] 5 62.5%
[实验]测量滑轮组的机械效率。
[思考]分析滑轮组工作中的总功、有用功和额外功,说明额外功的产生原因。
[提示]拉力所做的功是总功,提升钩码所做的功是有用功,克服动滑轮的重力和绳子与滑轮间摩擦所做的功是额外功。
[思考]实验中,能直接测量出额外功吗?
[提示]由于绳子和滑轮间存在摩擦,额外功不能直接测量,只能测量总功和有用功,再计算出额外功。
[思考]实验中需要测量哪些物理量?
[提示]对重物做的功是有用功,所以要测量物重和物体上升的高度;拉力所做的功是总功,所以要测量拉力和在拉力方向上移动的距离。
[思考]实验时,拉动弹簧测力计时需注意什么?
[提示]如果不是匀速拉动,测量拉力时弹簧测力计的示数会不稳定,因此要匀速拉动。
[思考]三次实验的机械效率相等吗?
[提示]将钩码提升相同的高度,钩码的个数越多,所做有用功越多,而额外功相同,此时有用功在总功中所占的比例大,机械效率高。
[思考]如果一次用轻质塑料滑轮提升重物,另一次用铁质滑轮提升同一重物,你认为哪一个机械效率高呢?
[提示]提升同一重物至相同高度,两者所做的有用功相同,但对塑料滑轮做的额外功少,所以有用功在总功中所占的比例大,机械效率高。
[思考]影响滑轮组机械效率高低的因素有哪些?
[归纳提升]同一个滑轮组,提升的重物越重,机械效率越高;不同的动滑轮,提升相同的重物,动滑轮自重越小,机械效率越高;滑轮自身摩擦越小,机械效率越高。
[思考]如何提高机械效率呢?
[归纳提升]在安全许可的情况下,尽可能增加物重;改进机械结构,使它更轻巧;对机械进行保养,保持良好的润滑,减少摩擦。
[思考]实验中,如果不测量物体上升的高度和绳端移动的距离,能计算出滑轮组的机械效率吗?
[提示]由于绳子自由端移动距离s和钩码提升高度h存在关系:s=nh,所以只要知道滑轮组中绳子的股数n,就可以根据η=计算机械效率。
[思考]有没有一种简单机械只做有用功,不做额外功?
[提示]使用机械总得克服机械自身的重力或摩擦做功,所以没有机械不做额外功。
[思考]观察图12.3—3,影响斜面机械效率的因素有哪些?
[提示]将物体推到一定的高度,克服重力所做的功是有用功,所以物体的重力影响斜面的机械效率;克服斜面的摩擦所做的功是额外功,所以物体与斜面间的摩擦力影响斜面的机械效率。
三、板书设计
第3节 机械效率
1.有用功和额外功
(1)有用功
(2)额外功
(3)总功=有用功+额外功
2.机械效率
(1)定义
(2)η=
(3)测量滑轮组的机械效率
◇教学反思◇
机械效率没有单位,课堂上学生一时很难理解,可以通过物理考试的及格率作类比,即一个班级物理考试的及格率是及格人数在总人数中所占的比例,而机械效率是有用功在总功中所占的比例,使学生突破这一理解障碍。
