10.5 机械效率 导学设计

第十章　机械与人
第五节　机械效率
教
材
解
读
　本节内容安排在各种简单机械和功的内容学习之后，是在此基础上的进一步延伸，也可以说是对这些内容的综合分析和实际应用，体现了物理知识最终要服务于生产和生活的理念。本节是功的知识在生活实际中的广泛应用，对学生学习和理解热机的效率、炉子的效率、太阳能热水器和电动自行车等能量的利用率和转化率等起积极作用。所以本节课无论是从课标要求，还是从学生自身发展要求上看都处在一个比较重要的地位。
教
学
目
标
　
知识与技能
　1.理解什么是有用功、额外功和总功。　2.理解什么是机械效率，并会用有关公式进行简单的计算。
过程与方法
1.通过比较使用机械与用手做功的情况，明确使用机械要做额外功。2.通过实例讨论，认识提高机械效率的主要方法。
情感、态度
与价值观
　　　机械效率反映的是机械做功性能的好坏，通过探究活动，对节约能源的认识有新的拓展。
重
点
难
点
重点
有用功、额外功和总功；理解机械效率的概念，会利用公式η＝×100%进行计算。本块内容建议由学生从实验中体会感知，教师进行适当讲解以加深学生认识，接着通过适当实例分析达到理解应用的目的。
难点
　机械效率。建议让学生充分认识相关的物理量，再借助实例分析、实验数据的计算及讨论分析的方法帮助学生初步理解机械效率，最后再由例题和练习进行巩固。
合
作
探
究
　探究课题：滑轮组的机械效率。　影响因素：动滑轮重、提升物体的重力、摩擦力等。
　讨论交流：(1)实验时为什么要竖直匀速向上拉动弹簧测力计？(保证测力计示数稳定，便于读数)
　(2)实验中需要测量哪些物理量？怎样计算总功和有用功？(物体重力G、物体上升高度h、拉力大小F、物体移动距离s ；W总＝Fs、W有用＝Gh)
　友情提示：①实验时尽量做到匀速拉动测力计；②改变提升物体的重力，再次测量同一滑轮组的机械效率。
　得出结论：滑轮组机械效率与提升物体的重力有关，提升的物体越重，机械效率越高；与动滑轮重有关，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低，还与摩擦力有关，摩擦力越小，机械效率越高。
　评估归纳：如何提高滑轮组的机械效率？(减小摩擦、增大提升物体的重力、减轻动滑轮重)　
【导入一】 (创设情境“大材小用”点题)
用一个大桶装满沙子，在沙子上面放上一本物量课本，把桶放在教室门口，上课后教师故意让两名学生帮忙将桶抬进来。教师拿走教材后，告诉学生这桶沙子暂时无用，再让两名学生将其抬出门口。由此情景引起学生的注意，让学生感到“大材小用效率低”，从而引入“效率”的问题。
【导入二】 (温故知新点题)
[回忆](1)功的概念及计算公式。
(2)如图10－5－1所示，用动滑轮提升重5 N的物体(忽略动滑轮重和摩擦)，动力F＝______。
图10－5－1
(3)进行演示，测出拉力F、物体上升高度h及绳子移动距离s，并计算出拉力做的功W动和动滑轮对物体做的功W阻。比较W动和W阻，发现W动>W阻，为什么呢？引入机械效率。
学点1　有用功和额外功
实验：(1)如图10－5－2(a)所示，用弹簧测力计将钩码匀速提升高度h，读出弹簧测力计的示数为F1，则拉力做的功可表示为W1＝__F1h__。
图10－5－2
(2)如图(b)所示，用弹簧测力计并借助一只动滑轮将钩码提升高度h，读出弹簧测力计的示数为F2，则拉力做的功可表示为W2＝__2F2h__。
分析：比较F1和F2大小关系为：__F1>F2__，理由是：__动滑轮能够省力__；比较W1和W2大小关系为：__W1总结：(1)对钩码做的功是必须要做的，对我们有用的功，叫做__有用__功，用__W有__表示。
(2)图(b)中克服动滑轮本身重力及摩擦力等做的功是无用的，但又不得不做的功，叫做__额外__功，用__W额__表示。
(3)上述这两个功之和叫做__总功__，即动力所做的功，用__W总__表示，三者之间的关系为__W总＝W有＋W额__。
学点2　测量滑轮组的机械效率
原理分析：机械效率的计算公式为__η＝×100%__，对滑轮组来说，W有＝__Gh__，W总＝__Fs__，因此实验中需要测量的物理量有__钩码的重力__、__钩码上升的高度__、__绳子自由端的拉力__、__绳子自由端移动的距离__。
实验器材：根据需要测量的物理量可知，实验中需要用到的器材有：铁架台、滑轮组、钩码、__弹簧测力计__、__刻度尺__。
实验步骤：(1)用弹簧测力计测量钩码所受的__重力__，并填入表格。
(2)按照如图10－5－3甲所示安装滑轮组，分别记下__钩码__和__弹簧测力计__的位置。
图10－5－3
(3)缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F，用__刻度尺__测出__钩码__上升的高度h和__弹簧测力计__移动的距离s，将这三个量填入表格。
(4)改变钩码的个数再重复实验两次。
次数
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
分析论证：(1)分析3次实验数据的机械效率可知，机械效率的大小与__钩码重力__有关，与物体上升的高度及拉力移动的距离__无关__。
(2)分析数据h和s的关系可知，在该实验中s＝__3__h，这个关系与所挂重物重力大小及滑轮组的机械效率__无关__，只与承担动滑轮绳子的段数有关。
实验结论：同一滑轮组，提升的重物越重，机械效率越__高__。
要点点拨：(1)实验中要缓慢地匀速拉动弹簧测力计，拉力方向是__竖直向上__。
(2)实验中不必需的工具是__刻度尺__，因为s与h的关系是固定的，η＝×100%＝×100%＝×100%(动滑轮由n段绳子承担)。