11.4 机械效率 教学设计-2024-2025学年物理八年级下册教科版

《机械效率》教学设计 一、教学背景分析 （一）教材分析 前面已经学习了有关简单机械和功的内容，机械效率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运用。 本节教学过程中，需要引导学生结合实例学习有用功、额外功、总功、机械 效率等概念，能进行简单计算，知道机械效率小于 1 的原因，从而顺利完成测量 滑轮组机械效率的实验探究。 机械效率一节属于能量主题下的内容，对拓展学生的节能意识和综合实践能 力有着重要的指导意义，对学生学习和理解热机的效率、炉子的效率及太阳能热 水器、电动自行车等的能量利用率和转化率都起着积极作用。 （二）学情分析 由于机械效率的概念涉及总功、有用功、额外功等概念，而功的概念本身又 比较抽象，要区分并理解这些概念，对初中生来说有一定的难度。要想轻松自如 地解决有关机械效率的问题，关键是真正弄清有关概念，并能正确加以区分。在 实际教学中，可以多花些时间带领学生理解有用功、额外功、总功的概念。 二、教学设计思路 本节分为两个教学板块：（1）有用功和额外功；（2）机械效率。 本节内容共分为 2 个课时。 本节知识内容主线是：通过把 100 N 的沙子运到三楼的三种不同做功方法， 引出有用功、额外功、总功的概念；通过分析总功与有用功和额外功的关系，引 出机械效率的概念；通过对搬运沙子的实例分析，引出提高机械效率的方法；通 过测量滑轮组的机械效率，分析实验数据，得出影响滑轮组机械效率的因素。 三、教学目标 【物理观念】了解有用功、额外功和总功的含义及三者之间的关系，知道机 械效率；了解提高机械效率的意义和途径，能用机械效率解释日常生活中的现象 并解决有关的实际问题；能在测量滑轮组的机械效率实验中深化对机械效率及滑 轮组的认识，并能将实验方法迁移到测量其他机械效率的实验中。 【科学思维】通过机械效率的学习进一步认识杠杆、滑轮等理想模型；在利 用机械效率分析和解决问题的过程中提出自己的见解，培养科学推理能力。 【科学探究】能基于观察，提出“汽车加润滑油的目的是什么 ”等科学探究 问题；基于分析，提出“会有一些机械‘费功 ’吗 ”等问题；在测量滑轮组的机 械效率中，能正确使用弹簧测力计测量力的大小，能正确使用刻度尺测量距离， 能利用收集的数据进行分析、得出结论，能对实验过程进行交流、评估和反思。 【科学态度与责任】了解机械效率是衡量机械性能的重要指标；对提高各种 类型机械的效率产生浓厚兴趣，在测量滑轮组机械效率的实验中具有严谨认真、 实事求是的科学态度；了解碳达峰、碳中和的意义，具有保护环境、节约资源、 促进可持续发展的责任感。 四、教学重难点 （一）教学重点 结合实例认识有用功、额外功、总功；理解机械效率的概念，会利用公式进 行有关计算。 （二）教学难点 会分析影响做功过程中机械效率大小的因素，指出提高机械效率的方法。 （第 1 课时） 一、新课引入 生活中，会定期给自行车车轴和链条上机油，汽车也要定期更换润滑油。这 样做的目的是什么？使用机械不省功，使用机械有没有可能更“费功 ”？ 设计意图：结合生活实际创设情境 ，落实从生活走向物理的课程理念，激发 学生求知欲。 二、新课教学 问题一：有用功、额外功、总功 活动 1 ：理解有用功、额外功、总功。 创设情境：小明家最近买了新房，在三楼。小明的爸爸想把洗手间装修一下， 需要把重 100 N 的沙子运上三楼。下图是某小组帮小明爸爸设计的三种办法，讨 论分析哪种办法最好。 设计意图： 引导学生分析每种情况下所需做的功。 提出问题： （1）哪部分功是我们需要的？ （2）哪部分功是我们不需要但不得不做的？ （3）总共做的功等于多少？怎样计算？ （4）哪种方法最好？为什么？ 阅读教科书相关内容，找出有用功、额外功及总功的概念。指出上述三种方 法中的有用功和额外功，计算三种方法的有用功和额外功，最后再分别计算总功， 填入表格。 设计意图：通过表格中的数据， 引导学生寻找其中蕴含的信息。 有用功（W 有用）：一定的工作过程中，为了达到某种目的而必须做的功。换 句话说，有用功是直接达到目的、实现预期效果所消耗的功，它通常与我们的主 要目标或任务直接相关，是完成工作所必需的功。 额外功（W 额外）：在达成某种目的时，除做有用功之外不得不做的功。例如， 提升物体时，不可避免地要克服绳重、动滑轮重和器械间的摩擦力做功，这部分 功就是额外功。 总功（W 总 ）：有用功加上额外功是总共做的功，叫作总功（使用机械时， 动力所做的功）。 设计意图：通过实例分析， 帮助学生理解有用功 、额外功 、 总功的概念。 活动 2 ：有用功、额外功的区别练习。 （1）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 功呢？ 师生共同分析得出：提水所做的功是有用功，提水桶所做的功是额外功。 （2）如果桶掉到井里，从井里捞桶的时候，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？ 师生共同分析得出：提水桶所做的功是有用功，提水所做的功是额外功。 教师强调：判断有用功和额外功，一定要先弄清楚目的。 问题二：机械效率 活动 3 ：机械效率的概念及公式。 如果用 W 总表示总功，W 有用表示有用功，W 额外表示额外功，则它们的关系是 由上式可以看出，任何机械所做的有用功只是总功中的一部分。 继续研究前面将沙子搬运到三楼的情境。三种不同方法，哪种方法最好呢？ 你的选择依据是什么？ ( 3120 J 780 J 690 J ) 学生通过计算得出，三种方法做的有用功相等，采用“袋装，动滑轮吊运 ” 的方式所做的总功最少，即达到相同的目的付出的体力最少，方法最优。 （提出问题）利用不同机械做功，当： （1）有用功相同，额外功不同时，你怎样选择？（比较额外功） （2）额外功相同，有用功不同时，你怎样选择？（比较有用功） （3）有用功和额外功都不同时，你怎样比较优劣？（引出效率这一物理量） 物理学中，把有用功跟总功的比值叫作机械效率。机械效率越高，说明有用 功所占的比例越大。 机械效率的符号是η , 常用百分数来表示。 教师强调： （1）因为 W 有用<W 总 ，所以η<1。 （2）机械效率没有单位。 设计意图：通过实例分析及问题引导，让学生经历机械效率概念的建立过程， 体会效率的内涵。 活动 4 ：计算机械效率。 计算前面三种搬运沙子的方法的机械效率： 设计意图：学以致用，进一步体会机械效率的内涵，说明了不同机械效率 一 般不同。 活动 5 ：如何提高机械效率？ 提高机械效率的方法：（1）优化机械结构；（2）增加润滑、减小摩擦等。 活动 6 ：练习。 起重机把质量为 0.5 t 的重物匀速提升了 3 m ，而它的发动机做功 3.4×104 J。 机械效率是多少？（g 取 10 N/kg） （三）课堂小结 通过本课时的学习，你学到了什么？有什么成功的体会和经验？ （第 2 课时） 一、新课引入 出示应用滑轮的相关场景。 教师：同学们，机械给我们的生产生活带来了方便，其中滑轮更是有着广泛 的应用。上一课时，我们学习了机械效率的知识，你想知道影响滑轮组机械效率 的因素有哪些吗？如何提高滑轮组的机械效率呢？接下来，我们就一起研究滑轮 组的机械效率问题。 设计意图：结合生产生活创设情境 ，落实从生活走向物理的课程理念，激发 学生的求知欲。 二、新课教学 活动 1 ：测量滑轮组的机械效率。 提出问题：滑轮组的机械效率可能与哪些因素有关？ 实验原理：。 实验器材：刻度尺、弹簧测力计、钩码、铁架台、一个定滑轮和一个动滑轮 组成的滑轮组、长约 2 m 的细绳等。 猜想与假设：小组讨论后得出，影响滑轮组机械效率的因素可能有绕线方式、 提升重物的质量、动滑轮质量、重物提升的高度等。 设计实验方案：小组讨论，设计实验方案，方案之一如图所示。 教师强调：（1）弹簧测力计要竖直向上匀速缓慢拉动；（2）先标注钩码和 绳子自由端的初始位置，再标注钩码和绳子自由端移动后的位置，并用刻度尺测 出绳子自由端移动的距离 s1和钩码上升的高度 s2。 实验探究：以小组为单位进行实验。前两次实验钩码个数相同，钩码被提升 的高度不同；后两次实验与第二次实验相比钩码个数均不同，但钩码被提升的高 度相同。将每次实验数据记录在表格中，再计算出有用功、总功和机械效率，填 入表格相应位置。 次数 钩码重/N 钩码上升高 度/m 有用功/J 弹簧测力 计示数/N 绳子自由端移 动距离/m 总功/J 机械效率 1 2 3 4 改变滑轮组的绕线方式，再做几次实验。 分析论证，得出结论：在不计绳重和摩擦的情况下，同一滑轮组的机械效率 与绕线方式和重物被提升的高度无关；同一滑轮组，被提升的重物质量越大，机 械效率越高。 教师强调：（1）因为动滑轮本身也有质量，当被提升的重物质量一定时， 动滑轮的质量越小，机械效率也会越大；（2）机械部件之间的摩擦及绳子的自 重等因素，也是影响滑轮组机械效率的因素。 设计意图：通过测量滑轮组的机械效率这一实验，练习应用机械效率公式进 行计算，加深对机械效率的理解，特别是对滑轮组的机械效率的理解。这一实验 探究过程可发展学生的科学探究素养 ，加强团队意识。 活动 2 ：了解提高机械效率的重要意义。 提高机械效率有重要的经济意义，可以减少能耗，节省人力和物力，降低生 产成本。努力提高各类型机械的效率，是助力我国在 2030 年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和的重要一环。 设计意图：通过对碳达峰、碳中和的了解 ，引导学生更好地理解环境保护的 重要性， 并在日常生活中采取实际行动， 为保护地球贡献自己的力量。 活动 3 ：拓展。 机械效率的概念可以很容易地扩充到一般的效率概念。可让学生讨论：除了 用机械做功有效率问题外，做其他的事情有没有效率问题？一家人吃饭，有没有 把饭菜都吃到肚子里去？用铅笔写字，铅笔芯都能完全利用吗？一节课的时间， 你是否都用在了学习上？…… 设计意图：让学生想一想这些问题，在更广阔的范围里对效率问题有初步的 概念，有助于学生把物理学习与自 己的生活联系起来，培养他们做事情要讲究效 率。 三、课堂小结 通过本课时的学习，你学到了什么？有什么成功的体会和经验？ 学科网（北京）股份有限公司 $$