12.3《机械效率》教学设计
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12.3《机械效率》
【教学目标】
1、知识与技能
(1) 了解什么是有用功、额外功、总功。
(2) 理解机械效率的概念，会利用公式η=W有用/W总进行有关计算，知道机械效率小于1.
(3) 知道提高机械效率的意义和主要方法。
2、过程与方法
从生活实际出发，培养探究物理学的有关知识，深入认识事物的能力。
3、情感态度和价值观
（1）让学生关注生产、生活中各种机械的机械效率，具有用机械效率来评价机械的意识。
（2）通过探究活动，进行充分的交流与合作，培养学生严谨求实的科学态度和团结协作的科学精神。
【教学重点】
有用功、额外功、总功、机械效率概念教学和对影响机械效率的因素探究；
【教学难点】
在实例中有用功、额外功、总功的确定，对影响机械效率的因素的理解。
【教学方法】
实验探究、启发诱导
【课前准备】
刻度尺、钩码、弹簧秤、滑轮组两个、铁架台、长约2m的细绳。
【课时安排】
1课时
【教学过程】
导入新课
如图用弹簧测力计将G=4N的两个钩码匀速提升1m的高度，两次拉力所做的功相同吗？为什么？
不相同。使用动滑轮的弹簧测力计其拉力所做的功会多一些。
这是因为使用了动滑轮，不仅要克服钩码的重做功，还要克服动滑轮的重力和绳子与滑轮之间的摩擦做功，所以其拉力所做的功会多一些。
可见使用机械做功时，尽管它会给我们带来如省力，或者省距离等有利因素，也会给我们带来一些不利的一面，机械存在着效率问题，这节课，我们就来学习机械效率。
二、讲授新课
（一）、机械效率
1、有用功、额外功、总功
（1）有用功：使用机械时对人们有用的功
例如：克服重力所做的功就是有用功。W有=Gh
(2)、额外功：人们不需要但又不得不做的功
例如：克服动滑轮重力和绳子与滑轮之间的摩擦所做的功。
思考：用水桶从井中提水的时候,所做的功哪部分是有用功？哪部分是额外功
目的：提水 提水所做的功是有用功;
对绳子和水桶所做的功为额外功
(3)、总功：有用功与额外功的总和叫总功。
W总=W有+W额
如图：手的拉力所做的功就是总功
思考：1、如图所示，用滑轮组拉动物体由A到B，物体前进了一段距离S。所做的功哪部分是有用功 哪部分是额外功 哪部分是总功？
解析：（1）要拉动物体，必须克服物体与支持面间的摩擦力，所以克服支持面与物体间的摩擦力做的功，就是有用功。
（2）而克服绳与滑轮间的摩擦力做的功是额外功。
（3）动力F（即拉力）做的功是总功。
思考2:如果桶掉到水里,从水里捞桶的时候,捞上的桶里带了一些水,这种情况下哪部分是有用功,哪部分是额外功 哪部分是总功
目的：捞桶 提水桶所做的功是有用功;
提水所做的功是额外功。
捞桶过程中拉力所做的功为总功
2、机械效率
（1）定义：我们把有用功和总功的比值叫做机械效率。
机械效率通常用百分率表示没有单位 。
（2）表达式为：
思考:机械效率会大于100%吗？为什么？
有用功总小于总功，所以机械效率总小于100%
即：η<1
滑轮组的械效率是80%，它表示什么意思？
使用滑轮组提升重物时所做的有用功跟总功的比值是80%，也可以说有用功在总功中占有80%，另外的20％是额外功．
例题：用一动滑轮，将200N的物体匀速提升2m高，拉力F为120N，此滑轮的机械效率是多少？
已知：G=200N、h=2m、F=120N、s=2h=4m
求：η
解：W有=Gh=200N×2m=400Ｊ
W总=Fs=120N×4m=480Ｊ
答：滑轮组的机械效率约为83.3%
（二）、实验探究：
机械效率总是一定的吗？
如果前面例题中用动滑轮提起的物体重是400N，那么机械效率还是83.3%吗？也就是说，对一个机械来说，它的机械效率是恒定不变的吗？
下面我们通过测滑轮组的机械效率的实验来探究一下。
实验：测滑轮组的机械效率
1、实验原理:
2、实验器材：
刻度尺、钩码、弹簧秤、滑轮组两个、铁架台、长约2m的细绳。
3、实验步骤：（1）、把滑轮组安装好，测出钩码G的值，并记录表中。
（2）、匀速拉动弹簧秤使钩码升高到某一位置处，从弹簧秤读出拉力F的数值；细绳自由端通过的距离（s）钩码上升的高度（h）（3）、分别算出有用功和总功、机械效率。记录结果。
（3）、分别算出有用功和总功、机械效率。记录结果。
（4）、再换成两个钩码重复上面的实验记录结果。
4、测滑轮组的机械效率视频
5、记录数据的表格，并做好记录。
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
0.6 0.3 0.18 1.0 0.1 0.1 55.6%
0.8 0.45 0.36 2.0 0.15 0.3 83.3%
请计算出总功、有用功、和机械效率
6、实验结论：同一滑轮提升重物时，重物越重，滑轮的机械效率就越高。
在生产中，人们利用多种方式提高机械效率但都不能使其达到100%，皮带传动的机械效率是94%- 98%。怎样提高机械效率呢？
（1）.减少机械自重.
（2）.减少机械的摩擦等来减小额外功.
（3）.在额外功一定时,增大有用功
（三）、斜面的机械效率
探究 斜面的机械效率
1、猜想：（1）斜面的机械效率可能和斜面的倾斜程度有关。
（2）斜面的机械效率可能和斜面的粗糙程度
有关。
2、实验器材：
斜面、小木块、棉布、毛巾、弹簧测力计、刻度尺、铁架台
⑵实验步骤：①测量小木块的重量，记录数据；
②把小木块用弹簧秤沿斜面匀速向上拉；分别记录拉力F、木块沿斜面移动的距离S、木块上升的高度h。
③改变斜面的倾斜程度，重复步骤②。
④改变斜面的粗糙程度铺上棉布、毛巾，重复步骤②。
注意事项：①要匀速拉动物体；②拉力要与斜面平行；③及时记录数据。
（3）视频
（4）填入下表
斜面倾斜程度 斜面材料 木块重量/N 斜面高度/m 有用功/J 拉力/N 斜面长/m 总功/J 机械效率
较缓 木板 1N 0.1 0.1 0.2 0.7 0.14 71.4%
较陡 木板 1N 0.175 0.175 0.3 0.7 0.14 83.3%
很陡 木板 1N 0.24 0.24 0.4 0.7 0.28 85.7%
棉布 1N 0.24 0.24 0.5 0.7 0.35 68.6%
毛巾 1N 0.24 0.24 0.6 0.7 0.42 57.1%
结论：斜面越陡，越不省力，机械效率越高。斜面的倾斜程度相同斜面越光滑,机械效率越高.
斜面机械效率:
练习:某斜面长为S，高为h，有一重力为G的物体被拉力F沿斜面从底端匀速移至顶端。若物体所受阻力为f，则此时的有用功为____，总功为____，额外功为____，机械效率为 ____。
答案：个、Gh；Fs；fs；Gh/FS
三、课堂练习
1、起重机将0.9 t的货物匀速提升10 m的过程中所做的额外功是6×104 J。该过程中起重机对货物做的功是( )J,起重机机械效率是( )。(g取10 N/kg)
答案：9×104 60%
2、关于机械效率,下列说法中正确的是 ( )
A.机械做功越快,机械效率越高
B. 机械所做的总功越少,机械效率越高
C. 机械做的有用功在总功中占的百分比越大,机械效率越高
D. 使用机械时,所用动力跟物重的比值越小,机械效率越高
答案：C
3. 如果把一个定滑轮改成动滑轮使用,如图所示，不计摩擦,下列说法中正确的是 ( )
A.可以省力,但不能省功
B. 可以省力,且提高机械效率
C. 可以省力,机械效率不变
D. 可以省力,也可以省功
答案：A
4、不计摩擦和绳子质量,分别使用定滑轮、动滑轮、滑轮组(两个定滑轮和两个动滑轮)匀速提升同一物体到同一高度处,其机械效率分别为η定、η动、η组则 ( )
A.η组<η动<η定
B. η定<η动<η组
C. η动<η定<η组
D. η定<η组<η动
答案：A
5. 下列关于机械效率的说法中,正确的是 ( )
A.额外功越小,机械效率越高
B. 有用功越大的机械,机械效率越高
C. 有用功总小于总功,所以机械效率总小于1
D. 越省力的机械,机械效率越高
答案：C
四、课堂小结
（一）、机械效率
1、有用功:对人们有用的功.
2、额外功:对人们没有利用价值而又不得不做的功.
3、总功:有用功与额外功的总和.
4、机械效率：有用功跟总功的比值.
（二）、测滑轮组的机械效率
同一滑轮提升重物时，重物越重，滑轮的机械效率就越高。
【板书设计】
机械效率
一、机械效率
1、有用功、额外功、总功
2、机械效率=有用功\总功
二、测滑轮组的机械效率
同一滑轮提升重物时，重物越重，滑轮的机械效率就越高。
【教学反思】
本节主要讲述有用功、额外功、总功与机械效率等方面的内容,初学“机械效率”，往往对这些概念陌生难懂，思维不通、前后矛盾，甚至分析实际问题中把有用功、额外功、总功弄混淆。想要学生理解机械效率的物理含义以及计算机械效率，就必须使学生分清楚那部分功是有用功，那部分功是额外功，或者那个力做的功是有用功，那个力做的功是额外功，那个力做的功是总功。本节教学设计中有用功、额外功、总功所用时间较多。
机械做功以及机械效率与实际生活联系比较密切，应从学生熟悉的实例出发引导学生进一步的思考，发现问题，然后通过实例分析揭示问题的本质，所以本节课教学设计应当注重更多地和生活实际相联系，让学生通过学习明确机械的使用就是为了代替人力做功，鼓励学生认真了解和认识身边的机械，而且在教学过程中介绍了各种各样的机器，调动了学生自主学习的积极性和主动性，激发了学生学习的积极性，教学设计注意体现物理学的价值，提高学生理论联系实际、解决实际问题能力，在教与学过程中促进学生科学的价值观和世界观形成。
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【教学目标】
1、知识与技能
(1) 了解什么是有用功、额外功、总功。
(2) 理解机械效率的概念，会利用公式η=W有用/W总进行有关计算，知道机械效率小于1.
(3) 知道提高机械效率的意义和主要方法。
2、过程与方法
从生活实际出发，培养探究物理学的有关知识，深入认识事物的能力。
3、情感态度和价值观
（1）让学生关注生产、生活中各种机械的机械效率，具有用机械效率来评价机械的意识。
（2）通过探究活动，进行充分的交流与合作，培养学生严谨求实的科学态度和团结协作的科学精神。
【教学重点】
有用功、额外功、总功、机械效率概念教学和对影响机械效率的因素探究；
【教学难点】
在实例中有用功、额外功、总功的确定，对影响机械效率的因素的理解。
【教学方法】
实验探究、启发诱导
【课前准备】
刻度尺、钩码、弹簧秤、滑轮组两个、铁架台、长约2m的细绳。
【课时安排】
1课时
【教学过程】
导入新课
如图用弹簧测力计将G=4N的两个钩码匀速提升1m的高度，两次拉力所做的功相同吗？为什么？
不相同。使用动滑轮的弹簧测力计其拉力所做的功会多一些。
这是因为使用了动滑轮，不仅要克服钩码的重做功，还要克服动滑轮的重力和绳子与滑轮之间的摩擦做功，所以其拉力所做的功会多一些。
可见使用机械做功时，尽管它会给我们带来如省力，或者省距离等有利因素，也会给我们带来一些不利的一面，机械存在着效率问题，这节课，我们就来学习机械效率。
二、讲授新课
（一）、机械效率
1、有用功、额外功、总功
（1）有用功：使用机械时对人们有用的功
例如：克服重力所做的功就是有用功。W有=Gh
(2)、额外功：人们不需要但又不得不做的功
例如：克服动滑轮重力和绳子与滑轮之间的摩擦所做的功。
思考：用水桶从井中提水的时候,所做的功哪部分是有用功？哪部分是额外功
目的：提水 提水所做的功是有用功;
对绳子和水桶所做的功为额外功
(3)、总功：有用功与额外功的总和叫总功。
W总=W有+W额
如图：手的拉力所做的功就是总功
思考：1、如图所示，用滑轮组拉动物体由A到B，物体前进了一段距离S。所做的功哪部分是有用功 哪部分是额外功 哪部分是总功？
解析：（1）要拉动物体，必须克服物体与支持面间的摩擦力，所以克服支持面与物体间的摩擦力做的功，就是有用功。
（2）而克服绳与滑轮间的摩擦力做的功是额外功。
（3）动力F（即拉力）做的功是总功。
思考2:如果桶掉到水里,从水里捞桶的时候,捞上的桶里带了一些水,这种情况下哪部分是有用功,哪部分是额外功 哪部分是总功
目的：捞桶 提水桶所做的功是有用功;
提水所做的功是额外功。
捞桶过程中拉力所做的功为总功
2、机械效率
（1）定义：我们把有用功和总功的比值叫做机械效率。
机械效率通常用百分率表示没有单位 。
（2）表达式为：
思考:机械效率会大于100%吗？为什么？
有用功总小于总功，所以机械效率总小于100%
即：η<1
滑轮组的械效率是80%，它表示什么意思？
使用滑轮组提升重物时所做的有用功跟总功的比值是80%，也可以说有用功在总功中占有80%，另外的20％是额外功．
例题：用一动滑轮，将200N的物体匀速提升2m高，拉力F为120N，此滑轮的机械效率是多少？
已知：G=200N、h=2m、F=120N、s=2h=4m
求：η
解：W有=Gh=200N×2m=400Ｊ
W总=Fs=120N×4m=480Ｊ
答：滑轮组的机械效率约为83.3%
（二）、实验探究：
机械效率总是一定的吗？
如果前面例题中用动滑轮提起的物体重是400N，那么机械效率还是83.3%吗？也就是说，对一个机械来说，它的机械效率是恒定不变的吗？
下面我们通过测滑轮组的机械效率的实验来探究一下。
实验：测滑轮组的机械效率
1、实验原理:
2、实验器材：
刻度尺、钩码、弹簧秤、滑轮组两个、铁架台、长约2m的细绳。
3、实验步骤：（1）、把滑轮组安装好，测出钩码G的值，并记录表中。
（2）、匀速拉动弹簧秤使钩码升高到某一位置处，从弹簧秤读出拉力F的数值；细绳自由端通过的距离（s）钩码上升的高度（h）（3）、分别算出有用功和总功、机械效率。记录结果。
（3）、分别算出有用功和总功、机械效率。记录结果。
（4）、再换成两个钩码重复上面的实验记录结果。
4、测滑轮组的机械效率视频
5、记录数据的表格，并做好记录。
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
0.6 0.3 0.18 1.0 0.1 0.1 55.6%
0.8 0.45 0.36 2.0 0.15 0.3 83.3%
请计算出总功、有用功、和机械效率
6、实验结论：同一滑轮提升重物时，重物越重，滑轮的机械效率就越高。
在生产中，人们利用多种方式提高机械效率但都不能使其达到100%，皮带传动的机械效率是94%- 98%。怎样提高机械效率呢？
（1）.减少机械自重.
（2）.减少机械的摩擦等来减小额外功.
（3）.在额外功一定时,增大有用功
（三）、斜面的机械效率
探究 斜面的机械效率
1、猜想：（1）斜面的机械效率可能和斜面的倾斜程度有关。
（2）斜面的机械效率可能和斜面的粗糙程度
有关。
2、实验器材：
斜面、小木块、棉布、毛巾、弹簧测力计、刻度尺、铁架台
⑵实验步骤：①测量小木块的重量，记录数据；
②把小木块用弹簧秤沿斜面匀速向上拉；分别记录拉力F、木块沿斜面移动的距离S、木块上升的高度h。
③改变斜面的倾斜程度，重复步骤②。
④改变斜面的粗糙程度铺上棉布、毛巾，重复步骤②。
注意事项：①要匀速拉动物体；②拉力要与斜面平行；③及时记录数据。
（3）视频
（4）填入下表
斜面倾斜程度 斜面材料 木块重量/N 斜面高度/m 有用功/J 拉力/N 斜面长/m 总功/J 机械效率
较缓 木板 1N 0.1 0.1 0.2 0.7 0.14 71.4%
较陡 木板 1N 0.175 0.175 0.3 0.7 0.14 83.3%
很陡 木板 1N 0.24 0.24 0.4 0.7 0.28 85.7%
棉布 1N 0.24 0.24 0.5 0.7 0.35 68.6%
毛巾 1N 0.24 0.24 0.6 0.7 0.42 57.1%
结论：斜面越陡，越不省力，机械效率越高。斜面的倾斜程度相同斜面越光滑,机械效率越高.
斜面机械效率:
练习:某斜面长为S，高为h，有一重力为G的物体被拉力F沿斜面从底端匀速移至顶端。若物体所受阻力为f，则此时的有用功为____，总功为____，额外功为____，机械效率为 ____。
答案：个、Gh；Fs；fs；Gh/FS
三、课堂练习
1、起重机将0.9 t的货物匀速提升10 m的过程中所做的额外功是6×104 J。该过程中起重机对货物做的功是( )J,起重机机械效率是( )。(g取10 N/kg)
答案：9×104 60%
2、关于机械效率,下列说法中正确的是 ( )
A.机械做功越快,机械效率越高
B. 机械所做的总功越少,机械效率越高
C. 机械做的有用功在总功中占的百分比越大,机械效率越高
D. 使用机械时,所用动力跟物重的比值越小,机械效率越高
答案：C
3. 如果把一个定滑轮改成动滑轮使用,如图所示，不计摩擦,下列说法中正确的是 ( )
A.可以省力,但不能省功
B. 可以省力,且提高机械效率
C. 可以省力,机械效率不变
D. 可以省力,也可以省功
答案：A
4、不计摩擦和绳子质量,分别使用定滑轮、动滑轮、滑轮组(两个定滑轮和两个动滑轮)匀速提升同一物体到同一高度处,其机械效率分别为η定、η动、η组则 ( )
A.η组<η动<η定
B. η定<η动<η组
C. η动<η定<η组
D. η定<η组<η动
答案：A
5. 下列关于机械效率的说法中,正确的是 ( )
A.额外功越小,机械效率越高
B. 有用功越大的机械,机械效率越高
C. 有用功总小于总功,所以机械效率总小于1
D. 越省力的机械,机械效率越高
答案：C
四、课堂小结
（一）、机械效率
1、有用功:对人们有用的功.
2、额外功:对人们没有利用价值而又不得不做的功.
3、总功:有用功与额外功的总和.
4、机械效率：有用功跟总功的比值.
（二）、测滑轮组的机械效率
同一滑轮提升重物时，重物越重，滑轮的机械效率就越高。
【板书设计】
机械效率
一、机械效率
1、有用功、额外功、总功
2、机械效率=有用功\总功
二、测滑轮组的机械效率
同一滑轮提升重物时，重物越重，滑轮的机械效率就越高。
【教学反思】
本节主要讲述有用功、额外功、总功与机械效率等方面的内容,初学“机械效率”，往往对这些概念陌生难懂，思维不通、前后矛盾，甚至分析实际问题中把有用功、额外功、总功弄混淆。想要学生理解机械效率的物理含义以及计算机械效率，就必须使学生分清楚那部分功是有用功，那部分功是额外功，或者那个力做的功是有用功，那个力做的功是额外功，那个力做的功是总功。本节教学设计中有用功、额外功、总功所用时间较多。
机械做功以及机械效率与实际生活联系比较密切，应从学生熟悉的实例出发引导学生进一步的思考，发现问题，然后通过实例分析揭示问题的本质，所以本节课教学设计应当注重更多地和生活实际相联系，让学生通过学习明确机械的使用就是为了代替人力做功，鼓励学生认真了解和认识身边的机械，而且在教学过程中介绍了各种各样的机器，调动了学生自主学习的积极性和主动性，激发了学生学习的积极性，教学设计注意体现物理学的价值，提高学生理论联系实际、解决实际问题能力，在教与学过程中促进学生科学的价值观和世界观形成。
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