沪科版物理八年级下学期：10.5 机械效率 教案+导学案+课时作业设计（含答案）

第五节 机械效率
一、教学目标
1．通过对事例的分析，了解什么是有用功、额外功和总功。
2．理解机械效率。
二、教学重难点
重点：机械效率及实验探究测算滑轮组的效率。
难点：正确理解机械效率的概念。
教学过程
（教学案）
一、情境引入
如图是技艺表演的场面：用叉车开启瓶盖，表现工人师傅技术高超，但从物理学角度看，你认为这样做合适吗？
(一)什么是机械效率
学生按照教材图10－33所示的方法进行实验：用弹簧测力计将钩码匀速提升一定高度；用弹簧测力计并借助一只动滑轮将同样的钩码提升相同高度。记录相关数据。
钩码重力G/N
直接用手提升钩码
利用动滑轮提升钩码
弹簧测力计的示数F/N
钩码提升的高度h/m
拉力做的功W1/J
弹簧测力计的示数F/N
钩码提升的高度h/m
弹簧测力计通过的距离s/m
提升重物做的功W2/J
提升动滑轮做的功W3/J
拉力做的功W4/J
1
2
3
分析数据，可以看出弹簧测力计两次所做的功，发现利用动滑轮所做的功多一些，小组讨论交流可能的原因。
分析得出使用机械时，会有省力、方便等有利因素，但由于机械本身的自重，以及摩擦等因素，所以要做更多的功。
学生自学教材后，回答出三种功的定义和机械效率的定义、符号及各物理量的含义。拉力所做的功，物理学叫总功。在这一总功中包含了拉力在提起重物时，必须克服动滑轮的自重和滑轮转动时的摩擦阻力做的功。这部分功，是无用的，但又不得不做，称为额外功。从总功中减去额外功，就是有用的功，物理学中叫有用功。　　
有用功和总功的比值叫做机械效率，计算公式为：η＝×100%，η：机械效率，W有：有用功，W总：总功。
教师重点强调：在实际计算中，机械效率通常被表示为一个百分数，没有单位；由于W总＞W有，所以＜1，因此机械效率必然小于100%。如果有人告诉你某机器：η大于1或大于100%，那肯定是错误的。
学生自主完成教材例题，练习使用机械效率的简单计算，规范解题格式，能正确找出使用机械时所做的有用功和总功。教师选部分同学的解题过程利用实物投影进行展示，发现其中的问题并及时纠正。
（二）影响滑轮组机械效率的因素
先让学生按照教材图10－34所示的方式组装好滑轮组，并使用滑轮组提起相应的重物，小组讨论明确实验中哪些是有用功，哪些是额外功，总功怎么测量，然后进行实验将三次实验数据填写在下表中，比较三次测算的机械效率是否相等。
教师补充：在实验中，一定要匀速竖直向上拉弹簧测力计且在拉动过程中读数。如果不是匀速地拉，弹簧测力计示数忽大忽小，则W总偏大偏小，且滑轮组对钩码的拉力不等于钩码的重力，则W有偏大偏小，由η＝W有/W总算出的机械效率数值差别太大；如果向下拉，弹簧测力计由于弹簧的自重而导致示数F偏小，η偏大；如果在弹簧测力计静止时读数，由于滑轮和轴之间没有摩擦，则读数F偏小，η偏大。
序号
拉力F/N
弹簧测力计上升的距离s/m
总功W总/J
钩码重G/N
钩码上升高度h/m
有用功W有/J
机械效率η
1
2
3
分析数据比较得出结论，引导学生分析提高机械效率的方式：（1）同一滑轮组，载重越大，机械效率越大，所以滑轮组在满载情况下工作，以增大有用功占总功的比例，提高机械效率。
（2）相同载重的情况下，动滑轮重力越小，机械效率越高，所以减小滑轮组中动滑轮的自重，减小额外功占总功的比例，提高机械效率。
（3）改进机械结构，在滑轮的转轴上加润滑油，以减小摩擦阻力，减小额外功占总功的比例，提高机械效率。　　
最后概括得出提高滑轮组机械效率的方法：增加被提升物体的重量、使用较轻的动滑轮、设法减小绳和轮之间的摩擦。
根据上述分析让学生自学教材小组讨论交流解释为什么使用任何机械都要对外做额外功。
三、课堂小结
四、板书设计
第五节　机械效率
一、机械效率
1．总功：拉力所做的功。
2．额外功：利用机械做功时，对我们是无用的，但又不得不做的功。
3．有用功：总功减去额外功。
4．机械效率：有用功与总功的比值。机械效率通常用百分率表示。
二、影响机械效率的因素：物重和动滑轮的个数。
五、教学反思
学生对各种各样的简单机械不是很熟悉，所以要多进行实验，结合习题，利用多媒体课件展示各种生产劳动场面，让学生了解各种简单机械的用途，增加感性认识，弄清楚使用每种机械时的目的是什么，什么功是有用功，哪些功是额外功，哪些力做的功是总功。通过实验探究让学生都能积极参与到课堂中来，而对于如何更加有效地组织探究、选择更符合学生实际的教学内容，仍需要我们不断探索。
（导学案）
一、学法点津
首先通过实验对三种功进行理解，再通过实例分析并进行简单的计算掌握机械效率的应用，对于影响机械效率的因素的探究，通过小组讨论，最终形成完整的探究计划并加以实施。
二、学点归纳总结
（一）知识要点总结
1．三种功：有用功、额外功、总功。
2．机械效率
(1)定义：有用功和总功的比值。
(2)公式：η＝。
3．机械效率总是变化的
提高机械效率的方法：(1)增加被提升物体的重力；(2)减小机械的自重和摩擦。
（二）规律方法总结
1. 机械效率与功率的区别
机械效率与功率是两个完全不同的概念，这两个物理量是从不同方面反映机械性能的。它们之间没有必然的联系。功率大表示机械做功快；机械效率高表示机械对总功的利用率高。 功率大的机械不一定机械效率高，反之，机械效率高的机械功率不一定大。
2．对机械效率的理解：(1)机械效率是有用功与总功的比值，只有大小，没有单位；(2)机械效率的大小与有用功和总功的大小及额外功的大小无关；(3)机械在做功时，不可避免的要克服摩擦和自身重力而做额外功，因而机械效率总是小于1。
课时作业设计
一、选择题
1．学校每周升旗，在旗竿顶用一滑轮，小米想办法提高了滑轮的机械效率，用它把同一面国旗匀速提升同样高度，下列说法中正确的是(　　)。
A．定滑轮不仅能省力而且能改变力的方向 B．有用功不变，总功减少了
C．总功不变，额外功减少了 D．总功不变，有用功增加了
2．滑轮组也是一种机械，当用滑轮组提升重物时，若动力做功200J动滑轮对重物做功160J，则(　　)。
A．有用功是200J　　　　 B．额外功是200J
C．额外功是160J　　　　 D．总功是200J
3．下列说法中正确的是(　 )。
A．机械效率越高，机械做功一定越快　　 B．做功越多的机械，机械效率一定越高　　
C．功率越大的机械做的功一定越多　　 D．做功越快的机械，功率一定越大
4．如图所示，用两个完全相同的滑轮匀速提升所受重力相等的物体．不计轴处摩擦，比较甲、乙装置可知(　　)。
A．甲省力，机械效率较高
B．甲不省力，机械效率较低
C．乙省力，机械效率较低
D．乙不省力，机械效率较高
5．下列关于机械效率的说法中，正确的是(　　)。
A．机械效率总小于1 B．机械效率可能大于1或等于1
C．增加机械做功时间可以提高机械效率 D．减少额外功可以提高机械效率
二、填空题
6．一物体质量为20kg，其受到的重力为________N。小黄通过定滑轮，用220N的拉力，将该物体在6s内匀速提高3m，如图所示。此过程中，小黄做的有用功是_______J，定滑轮的机械效率是________，拉力的功率是_________W。(取g＝10N/kg)

第6题图 第7题图
7．小红同学在利用如图所示的滑轮组做“测滑轮组的机械效率”的实验中，用弹簧测力计匀速竖直拉起重3N的物体，物体升高了0.2m，弹簧测力计的示数是_____N，在实验过程中对物体所做的有用功是_____J，滑轮组的机械效率是______。
三、实验探究题
8．某实验小组探究影响滑轮组机械效率的因素的实验装置如图所示，实验数据如下表．若不计摩擦，比较1和2两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与_______________有关；比较1和3两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与__________________有关。
次数
1
2
3
钩码重G/N
4
4
6
钩码上升高度h/m
0.1
0.1
0.1
绳端拉力F/N
1.8
1.4
2.4
绳端移动距离s/m
0.3
0.5
0.3
机械效率η
74%
57%
83%
四、计算题
9．水平地面上有一个重为5000N的箱子，现用起重机把箱子吊到3m高的位置，所用时间为10s，起重臂下的钢丝绳是绕在一个动滑轮上的，如图所示，钢丝绳上的拉力为3000N。求：(1)起重机起吊该箱子的机械效率是多少？
(2)钢丝绳上拉力的功率是多少？
【参考答案】
1．B 2．D 3. D 4．D 5．A　 6. 200　　600　　91%　　110
7. 1.2　　 0.6　　83.3% 8．动滑轮的个数(或动滑轮的总重)　 提升的物重
9．解：(1)有用功：W有＝Gh＝5000N×3m＝15000J，总功：W总＝Fs＝F2h＝3000N×2×3m＝18000J，
起重机起吊该箱子的机械效率η＝×100%＝×100%＝83.3%；
(2)钢丝绳上拉力的功率：P＝ W总/t＝18000J/10s＝1800W。