第3节
机械效率
第1课时
认识机械效率
【教学目标】
一、知识与技能
1.能结合实例了解什么是有用功、额外功和总功.
2.理解什么是机械效率.
二、过程与方法
1.通过思考和讨论，知道W有用,W额外,W总的含义并清楚它们之间的关系.
2.通过观察、分析和讨论，理解额外功产生的原因，知道机械效率η<1.
3.会正确进行有用功、总功、机械效率的计算.
三、情感、态度与价值观
培养学生自主学习、分析问题和归纳问题的能力，激发学生的求知欲.
【教学重点】理解机械效率的概念，理解额外功产生的原因，并能运用公式进行计算.
【教学难点】知道机械效率η＜1，理解有用功、额外功、总功之间的联系和区别.
【教具准备】沙子、塑料桶、方便袋、细绳、弹簧测力计、滑轮、刻度尺、多媒体课件等.
【教学课时】1课时
【巩固复习】
教师引导学生复习上一节的内容，并讲解学生所做的课后作业,加强学生对知识的巩固.
【新课引入】
师
房屋装修时，要把一堆沙子运到楼上，你有哪些方法？请同学们思考讨论，将讨论结果记录下来，看哪一组同学想的办法最多？
学生发表各自的看法.
师
同学们说得很好，下面我们就以一个实验来探讨这个问题.
【进行新课】
活动探究
教师选取动滑轮、塑料桶、方便袋（重力忽略不计）提起沙子进行实验（可让学生实验）：第一次用塑料桶盛装一定重力的沙子进行实验,如图甲；第二次用塑料袋盛装相同重力的沙子提起相同高度进行实验,如图乙.把记录结果填在设计的表格中.
师巡视指导，对动手能力弱的同学给予适当的帮助，师可参与一起实验，并提醒学生在拉动弹簧测力计时要注意匀速竖直向上缓慢拉动，并在拉动过程中读数.用刻度尺测量沙子上升的高度和手移动的距离（这个也可以不测量，动滑轮自由端移动距离是物体上升高度的2倍）.
知识点1
有用功、额外功、总功
师
请同学们说出你们探究的结果，哪种情况下做功多些？
生：（齐声回答）当然用塑料桶装提起时做功多些.
师
为什么呢？
生：塑料桶重些，塑料袋轻些.
教师引导学生分析，在提起沙子的过程中，对沙子做功的同时，还要做哪些功呢？
生：对塑料桶做功，对滑轮做功，对绳子做功，对滑轮轴间的摩擦力做功……
师
那我们真正需要的是对什么物体做的功？
生：当然是对沙子做的功.
师
对啦，对沙子做的功才是对我们有用的功，我们把这样的功叫做有用功.其他做的功是无用功，称为额外功，这部分无用的功，能不能不做呢？
生：当然不能！
师
为什么？
生：因为我们必须依赖塑料桶（或塑料袋）装沙，依赖动滑轮提起.
师
正确，额外功尽管对我们无用，但却又是不得不做的功，无法回避的功.
师
那实际我们在利用滑轮提起沙子时，所做的功包含有对沙子做的功，对动滑轮、塑料桶（或塑料袋）、绳子重力做功及轴间摩擦力做功，把这些功之和称为总功.
师
请同学们说说总功包括哪些功？
生：总功包括有用功和额外功.
师
很对，总功等于有用功和额外功的总和.
板书：有用功W有用：为了达到某一目的必须做的功.
额外功W额外：为了达到某一目的的过程中，并非我们需要但又不得不做的功.
总功W总：有用功与额外功的总和.W总=W有用+W额外
教师让学生分组做教材P85页《演示》中的实验，并引导学生思考以下问题：
（1）两次拉力所做的功一样吗？为什么？
（2）使用动滑轮是否真的省力又省功呢？
学生回答：（1）虽然在两次实验中钩码被提升了相同的高度，但第二次拉力做的功反而更多一些，因为在实验过程中还要克服滑轮重力和摩擦做功.
（2）使用动滑轮会省力，但不能省功.机械效率师从上面实验和演示中可以看出，我们总是希望额外功在总功中所占的比例越少越好，即有用功占总功的比例越大越好，这样效率就越高.因此，物理学中，把有用功跟总功的比值叫做机械效率.
板书：（1）定义：有用功跟总功的比值叫机械效率.
（2）公式表示：
（3）任何机械的机械效率都是小于1的.
（4）机械效率是个比值，没有单位.
例题1
师用多媒体展示教材P86页的例题.师组织学生分析、讨论、计算；展示学生解题过程；总结、评价.
【课堂交流、小结与延展】
师
通过学习本课内容，你有哪些收获？（请学生谈自己知道本课中哪些知识，还想知道哪些内容及对本课的感受，教师进行情感激励.）
生1：有用功是对我们真正有用的功，而额外功是无用的，但又不得不做的功.
生2：有用功与额外功之和叫做总功，总功总是大于有用功的.减少额外功，即可增大有用功占总功的比值，这样机械效率就增大了.
生3：我知道了，再好的机械，其机械效率也不可能达到100%.
生4：既然增大提起物体的重力可以增大机械效率，那么同一滑轮组提起不同物体时，机械效率应该是不固定的.
师
最后，请同学思考下面题目.
例题2:如图所示用滑轮或滑轮组（单个滑轮的型号、重力相等）提起同一重物，其中机械效率最高的是（
）
解析：机械的自身重力影响机械效率的大小，那么用定滑轮、动滑轮分别提起同一物体时，定滑轮的机械效率大些.
答案：B
【教师结束语】
大家这节课的收获确实不少，我们共同学习了有用功、额外功和总功，知道了它们在不同场合下所指的内容.理解了机械效率的含义，并能进行计算.请同学们在课后结合身边的实例相互交流和讨论，宣传“节能减排”的重要性.好，谢谢！
课后作业
完成本课时对应练习.
1.在区分有用功、额外功和总功时，可以让学生进行思考和讨论，明白对沙子所做的功是有用功，而其他的如动滑轮、绳子、人自身重力等做的功，是无用而又不得不做的功，叫额外功.实际过程中使用机械做的功为总功.接着，教师还可以让学生结合实际事例相互交流与分析，从而加深理解有用功、额外功和总功的概念.
2.理解机械效率时，可以结合身边使用机械的实例，设计数据计算有用功、额外功和总功，再计算机械效率，这样既熟悉了功的计算，同时加深了机械效率的理解.
3.改变提起的物体的重力可以影响机械效率，教师可以设置“同一滑轮组提起不同重力的物体时，计算它的机械效率”的题目，让学生动手计算进行比较，来消除学生心里的疑惑（这个也可以留在下一课时中加深学生对这一问题的理解）.(共26张PPT)
R·八年级下册
第2课时
测量机械效率
学习目标
1.能结合实例进一步了解什么是有用功、额外功和总功。
2.理解什么是机械效率，能够设计实验测量斜面、滑轮组、杠杆等简单机械的机械效率，并利用实验探究的数据计算机械效率，知道机械效率总小于1。
1.测滑轮组机械效率时，克服被提升的物重所做的功为______功，作用在绳子末端拉力做的功为____功，计算滑轮组机械效率的公式η=
=
或η=
。
2.影响滑轮机械效率的因素主要有__________、____________、绳重和摩擦等。对同一滑轮组，提升的物重增大了，其机械效率会_______。
3.影响斜面机械效率的因素有_______________、________________两个因素。
有用
总
动滑轮的重
提升的物重
增大
斜面的倾斜程度
斜面的粗糙程度
上坡时走S形路线，利用斜面搬重物到车上，这样都可以省力。
探究简单机械的机械效率
知识点一
实验原理
实验器材
弹簧测力计、刻度尺、
铁架台、滑轮、细线、钩码。
竖直向上，缓慢拉动测力计。
注意事项
一、保持动滑轮重一定，改变钩码重力。
结论：动滑轮重一定，物重越大，机械效率越高。
次数
G/N
h/m
W有/J
F/N
s/m
W总/J
η
1
2
3
二、保持钩码重力一定，改变动滑轮重。
结论：物重一定，动滑轮越重，机械效率越低。
次数
G/N
h/m
W有/J
F/N
s/m
W总/J
η
1
2
3
如何提高机械效率
知识点二
现代社会是讲求效率的社会，时时、事事、处处都追求高效率，以尽可能少的消耗能源，取得尽可能多的效益。
提高机械效率可以充分地发挥机械设备的作用，对节能减排、提高经济效益有重要的意义。
怎样提高机械效率
提高机械效率的方法
减轻机械自重;
减小机械间的摩擦(加润滑油);
允许情况下增加物重。
1．图为测量滑轮组机械效率
的实验装置，钩码总重6
N。
（1）实验时要竖直向上______
拉动弹簧测力计，由图可知拉力
大小为
______N，若钩码上升的
高度为8cm,则弹簧测力计向上移动______cm,该滑轮组的机械效率为________。
（2）若仅增加钩码的个数，该滑轮组有机械效率将_______。（选填：“增大”、“减小”或“不变”）
缓慢
2
.4
24
83.3%
增大
2．在“测滑轮组机械效率”的实验中，用同一滑轮
组进行两次实验，实验数据如下表：
（1）此实验所用滑轮的个数至少是____个，其中动滑轮有_____个。
（2）第一次实验测得滑轮组的机械效率为________，第二次实验时滑轮组的机械效率______第一次的机械效率（选填“大于”、“小于”或“等于”）
3
2
62.5%
大于
次数
钩码重/N
钩码上升高度/cm
弹簧测力计示数/N
弹簧测力计移动距离/cm
1
2
10
0.8
40
2
5
5
1.5
20
3.
马峰同学想通过实验来探究斜面的机械效率和什么因素有关。他猜想斜面的机械效率可能与斜面的粗糙程度及斜面的倾斜度有关。他设计了如图所示的实验装置，实验中保持木块的拉力与斜面平行，并且匀速拉动木块。
（1）下面是马峰在实验中得到的数据，请你将表中未完成的空格填写完整。
次数
坡度
粗糙度
G/N
高度
h/m
拉力
F/N
斜面长
S/m
有用功
W有/J
总功
W总/J
η
（%）
①
30°
粗糙
0.5
0.20
0.35
0.4
0.1
0.14
71%
②
30°
稍光滑
0.5
0.20
0.30
0.4
0.1
0.12?
83.3%?
③
60°
粗糙
0.5
0.28
0.45
0.4
0.14
0.18
78%
（2）根据上表的数据，请你帮马峰同学总结得到的实验结论：
结论1：通过对比实验1和2，在斜面坡度和物重一定时，斜面越粗糙，机械效率越低。
结论2：通过对比实验1和3，____________
________________________________________。
（3）你认为该实验中较难控制的操作是
_________________
。
粗糙程度和物重一定时，斜面的坡度越大机械效率越高
保持匀速拉动木块
4.测滑轮组机械效率时，所用实验装置如图所示。
（1）实验中要竖直向上
______拉动弹簧测力计。
（2）表中第1次实验数据有错误，改正后计算其机械效率为________
。
匀速
60.6%
实验次数
物重G/N
物体上升高度h/m
拉力F/N
绳自由端上升距离s/m
机械效率
1
2
0.1
1.1
0.2
2
4
0.1
2.0
0.3
66.7%
（3）比较两次实验的机械效率可得出结论：_________________________________________
。
这里用到的研究方法是
____
（填字母）
A.类比法
B.控制变量法
C.等效替代法
（4）改变图中滑轮组的绕线方法，提起同一重物时，不计摩擦及绳重，滑轮组的机械效率________（填“变大”“变小”或“不变”）。
同一组滑轮，提起的物体越重，机械效率越大
B
不变
结论：动滑轮重一定，物重越大，机械效率越高。
结论：物重一定，动滑轮越重，机械效率越低。
提高机械效率的方法
减轻机械自重;
减小机械间的摩擦(加润滑油);
允许情况下增加物重。
1.某实验小组利用如图所示的装置测滑轮组机械效率，记录数据如下表：
实验序号
钩码重/N
钩码上升的高度/N
拉力/N
绳端移动的距离/m
机械效率/%
①
4
0.1
1.8
0.3
74.1
②
6
0.1
2.4
0.3
—
（1）实验时，应沿竖直方向______拉动弹簧测力计；
（2）第2次实验中，拉力做的总功是____J，滑轮组做的有用功是____J，滑轮组的机械效率η=________（结果保留一位小数）。
（3）由记录数据分析，两次机械效率不同的主要原因是________________。
匀速
0.72
0.6
83.3%
钩码重不同
1.从课后习题中选取；
2.完成练习册本课时的习题。
（见教材P88）
1.有没有机械效率为100%的机械？为什么？举例说明，通过什么途径可以提高机械效率。
解：没有机械效率为100%的机械，因为使用任何机械都要做额外功，也就是说有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。提高机械效率的主要办法：改进机械的结构，例如提水时用容积较大而重量较轻的水桶；按规程进行保养，合理使用以减少摩擦等。
2.一台起重机将3600
N货物提高4
m，起重机做的有用功是多少？如果额外功是9600
J，总功是多少？机械效率是多少？起重机所做的额外功是由哪些因素引起的？
3.在斜面上将一个重4.5
N的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力为1.8
N，斜面长1.2
m、高0.3
m.把重物直接提升h所做的功作为有用功，求这个斜面的机械效率。
解：斜面的机械效率η=Gh/（Fs）=4.5N×0.3m/（1.8N×1.2m）=62.5%.
谢谢！(共25张PPT)
R·八年级下册
第1课时
认识机械效率
第3节
机械效率
学习目标
1.能结合实例了解什么是有用功、额外功和总功。
2.理解什么是机械效率。
1.为达到某一目的必须做的功叫________；并非我们需要，但又不得不做的功叫________；使用机械时，动力所做的功叫______，它是________和________之和。三者的关系用字母表示：_________________________。
2.物理学中，将______与______的比值叫做机械效率，用字母____表示，则机械效率的计算公式是________。
有用功
额外功
总功
有用功
额外功
W总=W有+W额
W有
W总
η
3.由于任何机械本身都有______，转动部分都存在着______，所以使用任何机械都不可避免地要做额外功，因此机械效率总是______1，使用任何机械不省____。
重力
摩擦
小于
功
生活中我们常常会遇到“效率”这个词，例如学习效率，工作效率等。利用机械帮助我们完成某项任务，也会涉及效率问题。
有用功、额外功、总功
知识点一
要把一堆砂子运到楼上，你有哪些方法?
直接提升物体做功，与使用机械提升物体做功相同吗？
使用动滑轮是否省功
如图甲，用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定高度，计算拉力所做的功。
如图乙，用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，再次计算拉力所做的功。
动滑轮做功
h=0.1m
h=0.1m
点击图片播放
实验结果
有用功
总功
实验结果表明，尽管使用动滑轮会省力，但由于滑轮本身所受的重力以及摩擦等因素的影响，我们要多做功。
G/N
h/m
W直/J
F/N
s/m
W机/J
2
0.1
0.2
1.2
0.2
0.24
有用功
W有用：为了达到某一目的必须做的功。
额外功
W额外：为了达到某一目的的过程中，并非我们需要但又不得不做的功。
总功
W总：有用功与额外功的总和。
W总=
W有用+W额外
认识机械效率
知识点二
在使用机械工作时，有用功在总功中所占份额越多越好。它反映了机械的一种性能，物理学中表示为机械效率。
1．定义：有用功跟总功的比值。
2．公式：
3．用百分数表示，总小于1。
例题
起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m，而它的电动机所做的功是3.4×104J，起重机的效率是多少？g取10N/kg。
解：起重机匀速提升重物所用的力与物体所受的重力大小相等
起重机提升重物所做的功是有用功
起重机的电动机所做的功是总功
因此，起重机的机械效率
1．关于机械效率的说法中正确的是
（
）
A．越省力的机械，效率越高
B．做有用功越多的机械，效率越高
C．做相同的功，额外功的值越小，效率越高
D．做功越快的机械，效率越高
C
2.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，机械效率一定越高
D.做功越快的机械，功率一定越大
D
解析：功率是表示机械做功快慢的物理量，功率大只表示机械做功快；机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量，机械效率高只表示机械对总功的利用率高。功率大的机械，机械效率不一定高；机械效率高的机械，功率也不一定大，所以A、C选项错误。做功越多的机械，有用功与总功的比值不一定大，机械效率不一定高，所以B选项错误。做功越快，功率一定越大，因为功率是表示做功快慢的物理量，所以D选项正确。
3.判断正误
（1）有用功越多，机械效率越高
（
）
（2）额外功越少，机械效率越高
（
）
（3）做功越慢，机械效率越低
（
）
（4）做总功越多，机械效率越低
（
）
（5）做相同的有用功，额外功越少，机械效率越高（
）
（6）做相同的总功时，有用功越多，机械效率越高（
）
（7）机械效率越高，越省力
（
）
√
√
×
×
×
×
×
4.用500N的力拉着滑轮组绳子的自由端移动8m,可将滑轮组悬挂的重为1500N的物体匀速提高2m,则额外功占总功的百分比是（
）
A.25%
B.75%
C.15%
D.85%
A
解析：提升重物做的功为有用功
W有=Gh=1500N×2m=3000J,
拉力做的功为总功
W总=Fs=500N×8m=4000J
故额外功W额=W总-W有=4000J-3000J=1000J，所以额外功占总功的百分比为
=25%
机械效率
η<1
如图所示用滑轮或滑轮组（单个滑轮的型号、重力相等）提起同一重物，其中机械效率最高的是（
）
解析：机械的自身重力影响机械效率的大小，那么用定滑轮、动滑轮分别提起同一物体时，定滑轮的机械效率大些。
B
A
B
C
D
1.从课后习题中选取；
2.完成练习册本课时的习题。
（见教材P88）
4.用一个动滑轮在5
s内将一重为200
N的物体匀速向上提起3
m，拉力为150
N。这个动滑轮的机械效率是多少？拉力的功率有多大？
谢谢！第2课时
测量机械效率
课题
探究机械效率
课型
新授课
教学目标
知识与技能
1.能结合实例进一步了解什么是有用功、额外功和总功.2.理解什么是机械效率，能够设计实验测量斜面、滑轮组、杠杆等简单机械的机械效率，并利用实验探究的数据计算机械效率，知道机械效率总小于1.
过程与方法
1.通过实验探究进一步熟悉W有、W额、W总的含义，并清楚它们之间的关系.2.通过实验探究影响机械效率的因素，找出提高机械效率的方法.
情感、态度与价值观
在实验中培养合作精神，养成实事求是、尊重实验结果的科学态度.
教学重点
掌握机械效率的计算，理解如何提高机械效率.
教具准备
表面粗糙的长木板、
木块、
垫块、
弹簧测力计、
细线、刻度尺、杠杆、滑轮、多媒体课件等
教学难点
难点探究斜面、杠杆、滑轮等简单机械的机械效率，掌握影响机械效率的因素.
教学课时
1课时
课前预习
1.测滑轮组机械效率时，克服被提升的物重所做的功为有用功，作用在绳子末端拉力做的功为总功，计算滑轮组机械效率的公式η=W有W总=GhFs或η=GnF.
2.影响滑轮机械效率的因素主要有动滑轮的重、提升的物重、绳重和摩擦等.对同一滑轮组，提升的物重增大了，其机械效率会增大.
3.影响斜面机械效率的因素有斜面的倾斜程度、斜面的粗糙程度两个因素.
巩固复习
教师引导学生复习有用功、额外功、总功、机械效率的概念，并讲解学生所做的课后作业，加强学生对知识的巩固.
新课导入
师
我们骑自行车上坡时，选择怎样的路线走轻松些.往汽车上搬运较重的货物时，常常看到搬运工人搭上一个长木板，沿木板就可以把货物轻松地推上去，这是为什么？生：走S形路线轻松；斜面可以省力……师
同学们说得很好，那这样是否省功呢？生：没有，任何机械都不省功.师
我们能用实验来探究说明吗？好，下面我们就一起来探究斜面、杠杆、滑轮组的机械效率.
进行新课
知识点1探究简单机械的机械效率1.探究斜面的机械效率教师组织学生讨论实验方案、分析实验过程、进行实验、分析数据得到结论.通过多媒体展示下列过程：
进行新课
实验：探究斜面机械效率（多媒体课件）(1)提出问题：斜面的机械效率与它的倾斜程度有什么关系？(2)猜想与假设：斜面越陡,机械效率越高（或越低）.(3)探究方案与实验设计：①实验器材:表面粗糙的长木板、木块、垫块、弹簧测力计、细线、刻度尺.②实验设计图：可参见教材P88图12.3-3测定斜面的机械效率③实验原理：
η=W有W总=GhFs④需测物理量：
G
、h
、F、
s⑤进行实验：改变斜面的倾斜程度，测量斜面较缓、较陡、最陡时的机械效率.（4）收集数据记录表格(5)分析和论证(6)评估与交流教师收集小组在探究实验过程中的数据，让学生交流、评估.板书：光滑程度一样的斜面，斜面越陡越费力，机械效率越高;斜面越缓越省力，机械效率越低.2.探究滑轮组的机械效率教师组织学生参照教材P87《实验》中的步骤，设计实验方案、分析实验过程、进行实验、分析数据、得出结论.（教师巡视指导,对动手能力弱的同学给予鼓励和帮助，提醒学生要正确记录数据）教师总结：同一滑轮组的机械效率与提升的物重有关，物重越大，效率越高;机械效率还与动滑轮的个数有关，做相同的有用功，动滑轮个数越多，做的额外功越多，机械效率越低.例题1（多媒体展示）某实验小组利用如图所示的装置测滑轮组机械效率，记录数据如下表：
特别提醒：
1.拉动木块上行时拉力要沿着斜面.
2.拉动木块时要使木块做匀速直线运动.
3.改变斜面的倾斜程度时，为了保持有用功相同，每次木块拉高的高度要相同.
知识拓展：
1.斜面的机械效率不仅与斜面的倾斜程度有关，还与物体和斜面之间的摩擦力有关，斜面越粗糙，摩擦力越大，机械效率越低.
2.斜面的机械效率与提升的物体的重力大小无关.
知识拓展：
1.探究杠杆机械效率的装置图.
2.杠杆的机械效率与杠杆自重和摩擦有关.杠杆越重，额外功就越大，在有用功相同时，机械效率越低.
进行新课
（1）实验时，应沿竖直方向
拉动弹簧测力计；（2）第2次实验中，拉力做的总功是
J，滑轮组做的有用功是
J，滑轮组的机械效率η=
.（3）由记录数据分析，两次机械效率不同的主要原因是
.
解析：在探究滑轮组的机械效率时，用弹簧测力计提升重物时应沿竖直方向匀速地拉动物体上升，拉力做的功为总功，对重物做的功为有用功，滑轮组的机械效率为所以第二次的总功=2.4N×0.3m=0.72J,第二次做的有用功为,机械效率为η=W有W总=0.6J0.72J≈83.3%，通过两次实验比较可得出，滑轮组所提升的钩码重不同，机械效率不同，钩码越重，机械效率越高.答案：（1）匀速（2）0.720.683.3%（3）钩码重不同
知识点2如何提高机械效率现代社会是讲求效率的社会,时时\,事事\,处处都追求高效率,以尽可能少的消耗资源,取得尽可能多的效益.“优胜劣汰”的“优”中，高效率是一个重要内容.从上面探讨分析,我们在使用机械做功时,同样总是希望机械效率能够更高些,那么如何提高机械效率呢?请大家分小组讨论,并整理各自小组的意见.生讨论火热进行中.师集中同学们的讨论意见,并总结.板书：提高机械效率的有效途径:(1)减轻机械自重;(2)减小机械间的摩擦(加润滑油);(3)情况允许下增加物重.
教学板书
课堂小结
通过本节课的学习，我们进一步熟悉有用功、额外功和总功的具体含义，知道了机械效率并不是一成不变的，还通过实验探究了解了影响斜面、杠杆、滑轮组机械效率的因素，以及提高机械效率的有效方法.
教材习题解答
动手动脑学物理（P88）1.有没有机械效率为100%的机械？为什么？举例说明，通过什么途径可以提高机械效率.2.一台起重机将3600
N货物提高4
m，起重机做的有用功是多少？如果额外功是9600
J，总功是多少？机械效率是多少？起重机所做的额外功是由哪些因素引起的？3.在斜面上将一个重4.5
N的物体匀速拉到高处（图12.3-3），沿斜面向上的拉力为1.8
N，斜面长1.2
m、高0.3
m.把重物直接提升h所做的功作为有用功，求这个斜面的机械效率.
教材习题解答
1.解答：没有机械效率为100%的机械，因为使用任何机械都要做额外功，也就是说有用功总小于总功，所以机械效率总小于1.提高机械效率的主要办法：改进机械的结构，例如提水时用容积较大而重量较轻的水桶;按规程进行保养，合理使用以减少摩擦等.2.解答：起重机做的有用功是：=Gh=3600N×4m=14400J.总功是：=14400J+9600J=24000J.机械效率：
.起重机提升装货物用的容器所做的功、各部件之间的摩擦做的功等都是额外功.3.解答：斜面的机械效率η=Gh/(Fs)=4.5N×0.3m/(1.8N×1.2m)=62.5%.
难题解答
例题2测滑轮组机械效率时，所用实验装置如图所示．（1）实验中要竖直向上
拉动弹簧测力计．（2）表中第1次实验数据有错误，改正后计算其机械效率为
．（3）比较两次实验的机械效率可得出结论：
．这里用到的研究方法是
．（填字母）A．类比法
B．控制变量法
C．等效替代法（4）改变图中滑轮组的绕线方法，提起同一重物时，不计摩擦及绳重，滑轮组的机械效率
（填“变大”“变小”或“不变”）．解析：（1）如图，弹簧测力计要竖直向上匀速拉动绳子．（2）如图，物体有三段绳子承担，s=3h，h=0.1m，所以，s=3×0.1m=0.3m．所以第一次实验中绳自由端上升的距离0.2m是错误的．按s=0.3m代入η=
=Gh/Fs
=2N×0.1m/（1.1N×0.3m）≈60.6%．（3）第1、2次实验时物体升高的距离相等，使用的是同一个滑轮组，滑轮组提起的物体越重，滑轮组的机械效率越高．所以可得出结论同一滑轮组，提起的物体越重，机械效率越大．在探究滑轮组机械效率时，控制物体升高的距离、动滑轮的重、绳重、摩擦等都不变，只是改变提起的物体重，这种方法是控制变量法．（4）由于不计摩擦及绳重，此时滑轮组的机械效率
知识总结：
提高机械效率的方法：
（1）增加有用功在总功中的比例；
（2）减少额外功在总功中的比例.
规律总结：
对于三种简单机械的机械效率的计算总结如下：
（1）杠杆：
其中G为提升重物的重力：h为重物升高的高度；F为动力；s为动力作用点移动的距离.
（2）滑轮或滑轮组：
①提升重物
不计绳重及摩擦
其中G为重物；为动滑轮的重力；h为重物上升的高度；s为绳自由端移动的距离；n为承担重物的绳子的段数.
难题解答
，在其他条件相同时，滑轮组的机械效率跟滑轮组的绕法没有关系．答案：（1）匀速（2）60.6%（3）同一滑轮组，提起的物体越重，机械效率越大B（4）不变
布置作业：教师引导学生课后完成本课时对应练习，并预习下一课时内容.
教学反思
1.实验探究过程中可以放开思维，让学生大胆质疑，提出各种猜想假设，分组由他们自己设计、进行实验，分析论证、得出结论.教师也可以参与到学生的实验中.充分发挥学生的主动性、积极性，让学生体会到获取知识的乐趣.2.因为摩擦是影响机械效率的重要因素之一，实验中还可以使用粗糙程度不同的斜面，进一步探究摩擦对机械效率的影响，加深学生对机械效率的认识.
教学过程中老师的疑问：
教师点评和总结：
②水平均匀拉动物体
其中为物体与水平面间的摩擦力；F为拉力；为物体移动的距离；为绳子自由端移动的距离；n为承担摩擦力的绳子的段数.
（3）斜面：
①
②其中G为物重；h为斜面高度；L为斜面长度；F为拉力；F摩为摩擦力.
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2第3节
机械效率
第1课时
认识机械效率
课题
认识机械效率
课型
新授课
教学目标
知识与技能
1.能结合实例了解什么是有用功、额外功和总功.2.理解什么是机械效率.
过程与方法
1.通过思考和讨论，知道W有用\,W额外\,W总的含义并清楚它们之间的关系.2.通过观察、分析和讨论，理解额外功产生的原因，知道机械效率η<1.3.会正确进行有用功、总功、机械效率的计算.
情感、态度与价值观
培养学生自主学习、分析问题和归纳问题的能力，激发学生的求知欲.
教学重点
理解机械效率的概念，理解额外功产生的原因，并能运用公式η=W有W总×100%进行计算.
教具准备
沙子、塑料桶、塑料袋、细绳、弹簧测力计、滑轮、刻度尺、多媒体课件等.教学
教学难点
知道机械效率η＜1，理解有用功、额外功、总功之间的联系和区别.
教学课时
1课时
课前预习
1.为达到某一目的必须做的功叫有用功；并非我们需要，但又不得不做的功叫额外功；使用机械时，动力所做的功叫总功，它是有用功和额外功之和.三者的关系用字母表示：W总=W有+W额.
2.物理学中，将W有与W总的比值叫做机械效率，用字母η表示，则机械效率的计算公式是.
3.由于任何机械本身都有重力，转动部分都存在着摩擦，所以使用任何机械都不可避免地要做额外功，因此机械效率总是小于1，使用任何机械不省功.
巩固复习
教师引导学生复习上一节的内容，并讲解学生所做的课后作业,加强学生对知识的巩固.
新课导入
师
房屋装修时，要把一堆沙子运到楼上，你有哪些方法？请同学们思考讨论，将讨论结果记录下来，看哪一组同学想的办法最多？学生发表各自的看法.师
同学们说得很好，下面我们就以一个实验来探讨这个问题.
进行新课
活动探究教师选取动滑轮、塑料桶、塑料袋（重力忽略不计）提起沙子进行实验（可让学生实验）：第一次用塑料桶盛装一定重力的沙子进行实验,如图甲；第二次用塑料袋盛装相同重力的沙子提起相同高度进行实验,如图乙.把记录结果填在设计的表格中.
进行新课
师巡视指导，对动手能力弱的同学给予适当的帮助，师可参与一起实验，并提醒学生在拉动弹簧测力计时要注意匀速竖直向上缓慢拉动，并在拉动过程中读数.用刻度尺测量沙子上升的高度和手移动的距离（这个也可以不测量，动滑轮自由端移动距离是物体上升高度的2倍）.
知识点2有用功、额外功、总功师
请同学们说出你们探究的结果，哪种情况下做功多些？生：（齐声回答）当然用塑料桶装提起时做功多些.师
为什么呢？生：塑料桶重些，塑料袋轻些.教师引导学生分析，在提起沙子的过程中，对沙子做功的同时，还要做哪些功呢？生：对塑料桶做功，对滑轮做功，对绳子做功，对滑轮轴间的摩擦力做功……师
那我们真正需要的是对什么物体做的功？生：当然是对沙子做的功.师
对啦，对沙子做的功才是对我们有用的功，我们把这样的功叫做有用功.对其他做的功是无用功，称为额外功，这部分无用的功，能不能不做呢？生：当然不能！师
为什么？生：因为我们必须依赖塑料桶（或塑料袋）装沙，依赖动滑轮提起.师
正确，额外功尽管对我们无用，但却又是不得不做的功，无法回避的功.师
那实际我们在利用滑轮提起沙子时，所做的功包含有对沙子做的功，对动滑轮、塑料桶（或塑料袋）、绳子重力做功及轴间摩擦力做功，把这些功之和称为总功.师
请同学们说说总功包括哪些功？生：总功包括有用功和额外功.师
很对，总功等于有用功和额外功的总和.
规律总结：
计算有用功、额外功和总功的方法.
（1）总功的计算方法.
①定义法：
②总功等于有用功和额外功之和，即.
③公式法：或
（2）有用功的计算方法.
①定义法：.
②.
③公式法
（3）额外功的计算方法.
①定义法：，
②.
③公式法
小组问题探讨：
用水桶从井中提水时，所做的有用功和额外功分别是什么？从井中捞桶时（桶内有水），所做的有用功和额外功又是什么？
机械效率从上面实验和演示中可以看出，我们总是希望额外功在总功中所占的比例越少越好，即有用功占总功的比例越大越好，这样效率就越高.因此，物理学中，把有用功跟总功的比值叫做机械效率.例题1师用多媒体展示教材P86的例题.师组织学生分析、讨论、计算；展示学生解题过程；总结、评价.【课堂交流、小结与延展】通过学习本课内容，你有哪些收获？（请学生谈自己知道本课中哪些知识，还想知道哪些内容及对本课的感受，教师进行情感激励.）生1：有用功是对我们真正有用的功，而额外功是无用的，但又不得不做的功.生2：有用功与额外功之和叫做总功，总功总是大于有用功的.减少额外功，即可增大有用功占总功的比值，这样机械效率就增大了.生3：我知道了，再好的机械，其机械效率也不可能达到100%.最后，请同学思考下面题目.例题2如图所示用滑轮或滑轮组（单个滑轮的型号、重力相等）提起同一重物，其中机械效率最高的是（
）解析：机械的自身重力影响机械效率的大小，那么用定滑轮、动滑轮分别提起同一物体时，定滑轮的机械效率大些.答案：B
教学板书
课堂小结
通过本节课的学习，我们知道了什么是有用功、额外功和总功，理解了什么是机械效率，从而得到了机械效率的公式，并能进行计算.
教材习题解答
动手动脑学物理（P88）4.用一个动滑轮在5
s内将一重为200
N的物体匀速向上提起3
m，拉力为150
N.这个动滑轮的机械效率是多少？拉力的功率有多大？4.解答：机械效率拉力的功率
难题解答
例题3用500N的力拉着滑轮组绳子的自由端移动8m,可将滑轮组悬挂的重为1500N的物体匀速提高2m,则额外功占总功的百分比是（）A.25%
B.75%
C.15%
D.85%解析：提升重物做的功为有用功,拉力做的功为总功.故额外功
=4000J-3000J=1000J，所以额外功占总功的百分比为.答案：A
例题4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，机械效率一定越高D.做功越快的机械，功率一定越大解析:功率是表示机械做功快慢的物理量，功率大只表示机械做功快;机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量，机械效率高只表示机械对总功的利用率高.功率大的机械，机械效率不一定高;机械效率高的机械，功率也不一定大，所以A、C选项错误.做功越多的机械，有用功与总功的比值不一定大，机械效率不一定高，所以B选项错误.做功越快，功率一定越大，因为功率是表示做功快慢的物理量，所以D选项正确.答案：D
布置作业：教师引导学生课后完成本课时对应练习，并预习下一课时内容.
教学反思
1.在区分有用功、额外功和总功时，可以让学生进行思考和讨论，明白对沙子所做的功是有用功，而对其他的如动滑轮、绳子、人自身重力等做的功，是无用而又不得不做的功，叫额外功.实际过程中使用机械做的功为总功.接着，教师
规律总结：
功、功率和机械效率的区别
1.功
物理意义：做功即能量的转化.
定义：有力作用在物体上，并且物体在力的方向上移动了一段距离，就说明了物体做了功.
符号：W
公式：W=Fs
单位：J
2.功率
物理意义：做功的快慢.
定义：在单位时间内所做的功.
符号：P
公式：：
单位：W（国际单位）、kW、MW（常用单位）
3.机械效率
物理意义：反映机械性能的物理量.
定义：有用功占总功的比值.
符号：η
公式：
单位：无
说明：①功率大小由功和时间共同决定，单独强调某一方面是错误的；②功率和机械效率是两个不同的物理量，它们之间没有直接关系.
教学反思
还可以让学生结合实际事例相互交流与分析，从而加深理解有用功、额外功和总功的概念.2.理解机械效率时，可以结合身边使用机械的实例，设计数据计算有用功、额外功和总功，再计算机械效率，这样既熟悉了功的计算，同时加深了机械效率的理解.3.改变提起的物体的重力可以影响机械效率，教师可以设置“同一滑轮组提起不同重力的物体时，计算它的机械效率”的题目，让学生动手计算进行比较，来消除学生心里的疑惑（这个也可以留在下一课时中加深学生对这一问题的理解）.
教学过程中老师的疑问：
教师点评和总结：
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5第3节
机械效率
第2课时
探究机械效率
【教学目标】
一、知识与技能
1.能结合实例进一步了解什么是有用功、额外功和总功.
2.理解什么是机械效率，能够设计实验测量斜面、滑轮组、杠杆等简单机械的机械效率，并利用实验探究的数据计算机械效率，知道机械效率总小于1.
二、过程与方法
1.通过实验探究进一步熟悉W有用、W额外、W总的含义，并清楚它们之间的关系.
2.通过实验探究影响机械效率的因素，找出提高机械效率的方法.
三、情感、态度与价值观
在实验中培养合作精神，养成实事求是、尊重实验结果的科学态度.
【教学重点】掌握机械效率的计算，理解如何提高机械效率.
【教学难点】探究斜面、杠杆、滑轮等简单机械的机械效率，掌握影响机械效率的因素.
【教具准备】表面粗糙的长木板、
做重物的木块、
垫块、
弹簧测力计、
细线、刻度尺、杠杆、滑轮、多媒体课件等
【教学课时】1课时
【巩固复习】
教师引导学生复习有用功、额外功、总功、机械效率的概念，并讲解学生所做的课后作业，加强学生对知识的巩固.
【新课引入】
师
我们骑自行车上坡时，选择怎样的路线走轻松些.往汽车上搬运较重的货物时，常常看到搬运工人搭上一个长木板，沿木板就可以把货物轻松地推上去，这是为什么？
生：走S形路线轻松；斜面可以省力……
师
同学们说得很好，那这样是否省功呢？
生：没有，任何机械都不省功.
师
我们能用实验来探究说明吗？好，下面我们就一起来探究斜面、杠杆、滑轮组的机械效率.
【进行新课】
知识点1
探究简单机械的机械效率
1.探究斜面的机械效率
教师组织学生讨论实验方案、分析实验过程、进行实验、分析数据得到结论.通过多媒体展示下列过程：
实验：探究斜面机械效率（多媒体课件）
(1)提出问题：斜面的机械效率与它的倾斜程度有什么关系？
(2)猜想与假设：斜面越陡,机械效率越高（或越低）.
(3)探究方案与实验设计：
①实验器材:表面粗糙的长木板、做重物的木块、垫块、弹簧测力计、细线、刻度尺
②实验设计图：可参见教材P88页图12.3-3测定斜面的机械效率
③实验原理：η=W有用
/
W总=Gh
/
(Fs)
④需测物理量：
G
、h
、F、
s
⑤进行实验：改变斜面的倾斜程度，测量斜面较缓、较陡、最陡时的机械效率.
（4）收集数据记录表格
(5)分析和论证
(6)评估与交流
教师收集小组在探究实验过程中的数据，让学生交流、评估.
板书：斜面越陡越费力，机械效率越高;斜面越缓越省力，机械效率越低.
2.探究杠杆、滑轮组的机械效率
教师组织学生参照教材P87页《实验》中的步骤，分组设计实验方案（一部分小组探究滑轮组的机械效率，另一部分小组探究杠杆的机械效率）、分析实验过程、进行实验、分析数据、得出结论.（教师巡视指导,对动手能力弱的同学给予鼓励和帮助，提醒学生要正确记录数据）
例题
（多媒体展示）某实验小组利用如图所示的装置测滑轮组机械效率，记录数据如下表：
（1）实验时，应沿竖直方向______拉动弹簧测力计；
（2）第2次实验中，拉力做的总功是____J，滑轮组做的有用功是____J，滑轮组的机械效率η=_____（结果保留一位小数）.
（3）由记录数据分析，两次机械效率不同的主要原因是______________.
解析：在探究滑轮组的机械效率时，用弹簧测力计提升重物时应沿竖直方向匀速地拉动物体上升，拉力做的功为总功，对重物做的功为有用功，滑轮组的机械效率为,所以第二次的总功W总=2.4N×0.3m=0.72J,第二次做的有用功为W有=G物h=6×0.1m=0.6J,机械效率为，通过两次实验比较可得出，滑轮组所提升的钩码重不同，机械效率不同，钩码越重，机械效率越高.
答案：（1）匀速（2）0.72
0.6
83.3%
（3）钩码重不同
知识点2
如何提高机械效率
师
现代社会是讲求效率的社会,时时、事事、处处都追求高效率,以尽可能少的消耗资源,取得尽可能多的效益.“优胜劣汰”的“优”中，高效率是一个重要内容.从上面探讨分析,我们在使用机械做功时,同样总是希望机械效率能够更高些,那么如何提高机械效率呢?请大家分小组讨论,并整理各自小组的意见.
生讨论火热进行中.师集中同学们的讨论意见,并总结.
板书：提高机械效率的有效途径:
(1)减轻机械自重;
(2)减小机械间的摩擦(加润滑油);
(3)允许情况下增加物重.
【课堂交流、小结与延展】
师
同学们，我们通过探究测量简单机械的机械效率实验，你有哪些收获？
生1：测量机械的效率就是想方设法测量出有用功、总功的大小，然后利用即可计算出机械效率.
生2：实验中发现，斜面越陡，机械效率越高，但越费力(动滑轮越多,越省力,但机械效率越低).由此可见，机械效率的大小与省力无直接关系.
生3：实验中发现，如果斜面越光滑，摩擦力就越小，这样克服摩擦力所做功就少，有用功占总功的比值就大，机械效率应该越高.（同理，杠杆、滑轮组越轻，轮轴间摩擦小，所做的额外功越小，有用功占总功的比值就大，机械效率应该越高.）
生4：我观察到，河面、江面上造桥要修很长的引桥，原来是为了省力，并不是为了提高机械效率.目的是使汽车容易爬上去.
【教师结束语】
通过这节实验课的探究学习，大家收获确实不少，我们熟悉了测量机械效率的方法.进一步熟悉了有用功、额外功和总功的具体含义，加深了对机械效率的理解.从本质中体会到提高机械效率的有效办法.请同学们多关注身边实例，如吊车、建筑工地上的龙门吊、吊篮等工作情景，结合所学的物理知识进行分析，充分发挥你们的聪明才智设计出更高效率的机械，为社会主义建设服务.好，谢谢大家！
课后作业
完成本课时对应练习.
1.实验探究过程中可以放开思维，让学生大胆质疑，提出各种猜想假设，分组由他们自己设计、进行实验，分析论证、得出结论.教师也可以参与到学生的实验中.充分发挥学生的主动性、积极性，让学生体会到获取知识的乐趣.
2.因为摩擦是影响机械效率的重要因素之一，实验中还可以使用粗糙程度不同的斜面，进一步探究摩擦对机械效率的影响，加深学生对机械效率的认识.
