11.4 机械效率 教学设计 2024-2025学年人教版物理八年级下册

教学设计 课程基本信息 学科 物理 年级 八年级 学期 春季 课题 第4节　机械效率 编写教师 工作单位 指导专家 工作单位 工作单位 教学目标 物理观念 1．了解有用功、总功和额外功，知道机械效率。 2．了解机械效率是衡量机械性能的重要指标。 科学思维 1．通过实验探究和小组讨论，对动滑轮是否省功进行质疑和研究。 2．能基于事实证据解释机械效率总是小于1的原因，提高科学推理能力。 科学探究 1．通过测量滑轮组机械效率，能根据控制变量法制订简单的探究方案，正确读取和记录实验数据，提高科学探究能力。 2．经历收集和分析实验数据的过程，并通过分析和处理数据得出实验结论，提高交流、评估和反思的能力。 科学态度与责任 1．通过实验分析，培养学生严谨认真、实事求是的科学态度。 2．了解提高机械效率的意义和途径，体会科技进步对人类和社会发展的推动作用。 教学内容 教学重点 认识什么是有用功、总功和额外功；了解机械效率概念并会利用公式进行相关计算。 教学难点 测量滑轮组的机械效率。 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 新课导入 溯古追今，早期人们搬运重物只能手提肩扛。随着农耕社会的发展，人们开始利用简单机械改善我们的生产生活：桔槔汲水。到今天，各种大型机械给我们带来了极大的方便：提升重物的起重机等。 【问题导入】生活中有些机械能够省力，有些机械能够省距离，根据公式W＝Fs可以求力做的功。那么使用机械能够省功吗？ 学生观看古代工人搬运货物和现代机械搬运货物的图片。 思考：由使用机械可以省力、也可以省距离，联想到是否可以省功，并尝试探索。 通过对比观察，感受机械变更对生产生活的影响。 通过猜想和联想，引出对使用动滑轮是否省功的探究。 新知探究 一、有用功和额外功 【提出问题】在大型起重机上使用动滑轮可以省力，那么使用动滑轮是否省功？让我们一起来研究一下。 （一）研究使用动滑轮是否省功 演示实验： 1．如图甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，计算拉力所做的功。 2．如图乙所示，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，计算弹簧测力计的拉力所做的功。 【提出问题】这两次拉力所做的功相同吗？为什么？ 【结论】使用动滑轮不省功。 （2） 有用功、总功和额外功 对照“研究使用动滑轮是否省功”第二次实验情景，引导学生理解有用功(W有用)、总功(W总)、额外功(W额外)的概念及其意义。 总结：动滑轮对钩码的拉力所做的功叫作有用功，用W有用表示。弹簧测力计的拉力所做的功，叫作总功，用W总表示。用动滑轮提升钩码时，要克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功，这部分功叫作额外功，用W额外表示。 【提出问题】生活中有没有使用机械时额外功为0的情况呢？ 【总结】 1．因为额外功不可能为0，所以总功等于有用功与额外功之和。 2．公式：W总＝ W有用＋W额外 3．大量实验表明：W总>W有用，使用任何机械都不能省功。 2、 机械效率 （一）机械效率 【类比提问】我们常说学习上要提高“学习效率”，工作上要保证“工作效率”，那么“机械效率”又是什么意思呢？ 【解释】在保证所做有用功一定时，人们总是希望额外功占总功的比例越小越好，有用功在总功中所占的比例越大越好。 1．定义：物理学中，将有用功跟总功的比值叫作机械效率。 2．公式： 3．特点： ①有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1。 ②机械效率通常用百分数表示。 【播放图片】介绍起重机和抽水机的效率，结合实际说明机械效率总小于100%。 起重机效率一般为40%∼50% 抽水机效率一般为60%∼80% （二）实际问题 【例题】起重机把质量为0.5 t 的重物匀速提升了3 m，而它的电动机所做的功是3.4×104 J，起重机的机械效率是多少？（g取10 N/kg） 教师给学生充足的时间思考，并鼓励学生写出解答过程。 借助投屏或板书展示学生的解答过程。 鼓励学生交流讨论，总结解题规范中的注意事项。 三、实验：测量滑轮组的机械效率 【提出问题】通过计算，我们得到题目中的这台起重机的机械效率比较低，能否通过测量滑轮组的机械效率进行说明和分析？ 教师请同学们思考以下问题，理清实验思路，并独立设计实验方案。 【问题导思】 1．测量滑轮组的机械效率，需要测量哪两种功？ 2．要想知道这两种功，需要测量哪些量，用到哪些器材？ 3．实验的操作步骤有哪些？ 4．如图所示，实验过程中的注意事项有哪些？ 【小组实验】 组织学生以四人小组为单位，开始实验： 1．用弹簧测力计测量钩码所受的重力G，并填入下表。 2．按照实验图安装滑轮组，分别记下钩码和绳端（弹簧测力计挂钩底部）的位置。 3．缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F的数值，用刻度尺测出钩码提升的高度h和绳端移动的距离s，将这三个量填入下表。 4．再计算出有用功W有用、总功W总、机械效率η，并填入下表。 改变钩码的数量，重复上面的实验。 【提问】你在三次实验中测得的机械效率一样吗？说一说影响滑轮组机械效率的因素有哪些？ 【总结】影响滑轮组机械效率大小的因素： 1．提升物体的重力（在竖直情况下）。 2．动滑轮和绳子的重力。 3．绳子和滑轮、滑轮与轴之间的摩擦。 四、提高机械效率的方法 生活中针对不同的机械，提高机械效率的方法是： 1．改进结构，使机械设备更合理、更轻巧。 2．按照技术规程经常保养，使机械设备处于良好的状态。 …… 【提出问题】这么多提高机械效率的方法，提高机械效率在实际生产生活中有什么意义？ 【总结】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、便利生活、提高经济效益有重要的意义。 针对问题学生进行猜想，分组讨论、交流。 学生认真观看老师的演示实验过程，并思考如何计算拉力做功的大小。 学生交流回答： 1．利用公式W＝Fs求拉力做功的多少。 2．明确拉力F和移动距离s的测量方法。 3.记录数据，将实验测量出的数据记录在表格中。 4.学生通过对两个力F、F′做功的数据进行比较，得出结论：第二次实验中拉力做的功要多一些。 【实验结果】 W1＜W2 学生根据“研究使用动滑轮是否省功”这一实验体验，结合真实情景明确有用功、总功、额外功的概念及意义。 【回答】 1．秸槔汲水中额外功来自克服杠杆自重和摩擦力的影响而多做的做功。 2．用动滑轮组提升重物时额外功来自克服动滑轮自重和摩擦力等因素的影响而多做的功。 3．用斜面帮助搬运时额外功来自克服货物与斜面之间摩擦力的影响而多做的功。 讨论总结：生活中不存在使用机械时额外功为0的情况。 借助学生讨论，与生活中“效率”一词的类比，突出理解机械效率的含义。 学生自学教材，了解机械效率的定义、公式和特点。 学生观看图片，了解生产生活中常见机械的效率大小，感知机械效率有大小之分，但是总小于100%。 学生完成例题作答。 结合学生板书过程交流、讨论，总结规范作答的注意事项。 学生针对起重机效率比较低进行讨论、分析： 1．动滑轮太重，额外功大，机械效率太低。 2．绳子太重，摩擦力太大，额外功大，机械效率太低。 …… 学生针对问题交流讨论，理清实验思路，设计实验方案，并进行介绍。 1．需要测量有用功和总功这两种功。 2．需要用弹簧测力计测量物体的重力和绳子自由端的拉力；用刻度尺测量物体提升的高度和绳子自由端移动的距离。 3．学生结合实验器材进行讲解。 4．学生讨论，回答本实验中的注意事项，如实验中保持重物缓慢匀速竖直上升等。 学生分享小组实验方案，并对实验细节进行解读和标注。 小组代表上台展示实验方案，练习钩码提升高度h和绳端移动距离s的读数方法。 学生利用控制变量法进行实验，记录实验数据。 小组完成实验对实验数据进行纵向对比分析。 数据分析：在动滑轮重相同时，提升的物体越重，机械效率越大。 【讨论】在有用功相同时，动滑轮越轻、绳重和摩擦越小，做的额外功就越少，机械效率就越高。 学生交流讨论，查阅资料，了解生产生活中提高机械效率的方法。 【讨论分享】 1．汽车经常保养，不仅能延长汽车的使用寿命，还能节能减排。 2．使用更轻的材料制造山地自行车，可以提高机械效率。 3．对工厂里的机械进行改进和升级，在提高机械效率的同时还能够提高经济效益。 通过质疑和讨论，帮助学生深入思考使用动滑轮是否省功。 观看演示实验，通过观察、分析理清实验思路，关注实验数据，学会分析，提高学生科学探究能力。 学生记录实验数据，通过分析实验结果，培养学生归纳总结能力。 通过联系实际实验过程，引导学生结合真实情景理解有用功、总功和额外功的概念。 通过对总功和有用功概念的理解，借助真实情景讨论额外功的来源，进一步加强学生对“任何机械都不省功”的认识，并引出机械效率的概念。 培养学生阅读和提炼表达的能力。 引导学生借助类比的方式进阶思维，加深核心概念的理解。 通过联系生活，引起学生对生活的关注和热爱。 让学生感受机械效率的大小总小于100%。 结合真实情景的真实问题，帮助学生理解机械效率的计算。 通过对解答过程的分析，培养学生严谨认真的学习态度。 通过真实情景中对大型机械的观察，引起对比和深度思考，将物理与生活联系起来。 学生通过小组协作的形式，自主讨论，设计实验方案，增强学生的表达和实验探究能力。 学生通过动手实验，真实体验机械效率求得的过程，计算滑轮组的机械效率。 引导学生学会数据分析能力，让学生掌握科学研究方法并提高能力。 锻炼学生表达能力，总结影响滑轮组机械效率大小的因素。 让学生对提高机械效率在生产生活中具有重大意义产生认识，同时渗透节能减排、服务生活的社会责任感。 课堂练习 1．用水桶从井中提水的时候，所做的有用功是_________，做的额外功是__________。（不考虑摩擦） 2．如图所示的滑轮组中，动滑轮重1 N，小强用6 N的拉力F通过该滑轮组匀速拉起重10 N的物体，物体沿竖直方向上升0.4 m。此过程中，额外功是_______，机械效率是_______。 学生分析、解答。 1．用水桶从井中提水，有用功是克服水的重力所做的功；额外功是克服水桶重力所做的功。 2．滑轮组中，额外功来自克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做的一些功，不方便直接求解，根据已知条件，利用公式W＝Fs，对总功和有用功进行求解。 W总＝Fs ＝6 N×0.8 m ＝4.8 J W有用＝Gh ＝10 N×0.4 m ＝4 J W额外＝W总－W有用 ＝4.8 J-4 J＝0.8 J 机械效率： 通过实例分析，让学生能够从做功的目的上区分生活事例中的有用功、总功和额外功。 通过实验分析，使学生深入理解如何提高机械效率，同时培养学生的数据处理和分析能力。 课堂小结 学生从知识和方法等方面进行本节课的总结。 培养学生总结归纳的能力。 板书设计 12.4 机械效率 一、有用功、总功和额外功 W总＝W有用＋W额外 二、机械效率 滑轮组的机械效率跟物重、动滑轮重、绳重和摩擦有关 9 学科网（北京）股份有限公司 $$