第5节 机械效率（表格式教学设计）物理新教材沪科版（五四学制）八年级下册

第5节 机械效率（教学设计） 年级 八年级下册 授课时间： 授课教师： 课题 第5节 机械效率 教学 目标 1. 知道有用功、总功和额外功，了解机械效率是衡量机械性能的重要指标。 2. 结合分析具体实例和实验结果，让学生知道机械效率总是小于100%的原因，发展学生的分析综合、归纳推理能力。 3. 通过理论结合实验的分析过程，让学生有合理改进机械、提高效率的意识，认识到提高机械效率的重要性。 教材 分析 本节的主要内容和行文逻辑是： 1. 通过节首图所展示的机械手情境，引导学生思考机械输出能量的多少与机械效率之间的差异与联系。 2. 通过比较使用机械和不用机械时做功的差异，得出使用机械不省功的结论。结合使用动滑轮提升重物实例引出有用功、额外功、总功的概念。 3. 引出机械效率的概念，分析提高机械效率的意义和途径。 教学重点 机械效率。 教学难点 机械效率的计算。 教学 器材 测力计、钩码、铁架台、细线等。 课件。包含视频资料：①动画讲解—《有用功和额外功》；②视频讲解—《机械效率的定义及表达式》；③课堂总结—《机械效率》。 教学过程 导入新课 【教师提问】随着人类文明的不断发展，各类功能不同的机械逐步代替人类完成一些繁重而复杂的工作，例如，机械手能模仿人类手部的动作用以抓取、搬运物件或操作工具。机械的大量使用也使人类对能源的需求越来越大。 机械工作的过程中，是否做的功越多，能量利用的效率也越高呢？ 学习新课 一、研究使用机械是否省功 【引出问题】生活中，许多机械都能达成省力效果。例如，使用省力杠杆可以省力，使用动滑轮也可以省力。长期以来，人们很想知道使用机械能否省功。 为了回答这个问题，我们就要测量使用机械前后的做功情况。通过比较使用机械前后所做的功来判断使用机械是否可以省功。 （1）研究使用动滑轮是否省功 【学生活动】通过计算比较使用机械所做的功与不用机械所做的功是否有差异。 【设计实验】参照图示的方法进行实验。 ①用力传感器将钩码缓慢地提升0.5m，如图所示，计算不用机械所做的功。 ②用力传感器和一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同高度，如图所示，计算使用机械所做的功。 【数据记录】 做功方式 拉力F/N 物体升高的距离s/m 拉力移动的距离s /m 直接提升2个钩码 2 0.5 0.5 用动滑轮提升2个钩码 1.2 0.5 1.0 【分析论证】 ①不用机械提升2个钩码0.5m所做的功W1=Fh= 2N×0.5m=1.0J ②使用动滑轮提升2个钩码0.5m所做的功W2=F2s= 1.2N×1.0m=1.2J ③结果：W2＞W1。 使用动滑轮会省一半的力，但拉力移动的距离增加了一倍，加上动滑轮的自重及摩擦等因素的影响，使用动滑轮提升重物非但不省功，还要多做功。 【实验结论】使用动滑轮提升重物比直接用手提升重物并不省功。 （2）功的原理 迄今为止，人类所有的实践表明，为了达到同一效果，使用机械所做的功都不会少于不用机械所做的功，也就是使用任何机械都不能省功。这是一个普遍的结论（功的原理），对任何机械都适用。对机械的研发和应用而言，这具有重要的指导意义。 2. 有用功、额外功和总功 【学生活动】思考：在上述实验中，为什么使用动滑轮提升重物非但不省功，还要费功呢？人做的功哪些是有用的？哪些是无用的？ 【分析归纳】 （1）有用功：使重物上升所做的功是有用的，是必须做的功，这部分功叫做有用功，用W有用表示。 （2）额外功：要提升钩码，必须将动滑轮和绳子也提升，同时还要克服摩擦做功。这些功是对人们无用但又不得不做的功叫作额外功，用W额外表示。 （3）总功：最终拉力所做的功是有用功与额外功的总和，叫做总功，用W总表示。 W总=W有用+W额外 【学生活动】想想议议： 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？ 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？ 【分析】①用水桶从井中提水的时候，提水所做的功是有用功；提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，提桶所做的功是有用功；提水所做的功是额外功。 【例题1】“曲岸深潭一山叟，驻眼看钩不移手”，古往今来，无数钓鱼爱好者陶醉于这项活动之中。钓鱼时，某人不小心把水桶弄进水里，捞上桶时发现桶里带些水，在用绳子打捞水桶的过程中，下列所述中属于有用功的是（　C　） A．把桶中水提高做的功 B．把桶和桶中的水提高做的功 C．把桶提高做的功 D．把绳子提高做的功 【详解】有用功的定义是完成一件事情而做的功，简单理解，有用功是与你的目的直接相关的；我们的目的就是为了把水桶提上来，所以克服水桶的重力做的功为有用功。故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。 学习新课 二、机械效率 1. 比较机械做功的效率 【学生活动】要把重100N的大米运上三楼。甲、乙两位同学用的方法如图所示，怎样比较哪种方法好？分别计算出二种情况下的有用功、额外功和总功，二种情况下有用功在总功中占的百分比是多少？ 【分析归纳】（1）分别计算出二种情况下的有用功、额外功和总功。 二种情况下，对米做的有用功相等：W米=Gh=100N×6m=600J ①甲用动滑轮和桶提大米做功情况 额外功W动与桶=G总h=（10N+20N）×6m=180J 总功W = W米+ W动与桶= 600J+180J=780J ②乙用动滑轮与口袋提大米做功情况 额外功W动与口袋=G总h=（10N+5N）×6m=90J 总功W = W米+ W动与口袋= 600J+90J=690J （2）二种情况下有用功在总功中占的百分比。 做功形式 有用功W有/J 额外功W额/J 总功W总/J W有/W总 用动滑轮和桶 600 180 780 77.0% 用动滑轮和口袋 600 90 690 87.0% 【归纳结论】越大，效率越高，乙同学所有方法效率最高。 2. 机械效率 （1）物理学中把有用功与总功之比叫做机械效率。 （2）计算公式：η＝×100% （3）理解机械效率 ①物理意义：机械效率是标志机械做功性能的物理量，有用功占总功的比例越大，机械效率越高，这个机械的性能越好。 ②机械效率只有大小，没有单位。 ③机械效率总小于1。由于有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。机械效率通常用百分数表示。 ④机械效率的高低与省力情况无关。机械效率的高低与机械省力多少无关，不要认为机械越省力其机械效率越高。 【例题2】机械手臂将G= 60N的重物匀速提升了h=0.5m（空气阻力忽略不计）。在这个过程中机械手臂一共做功W总=100J。该机械手臂提升重物的机械效率是多少？ 【解析】机械手臂匀速提升重物的拉力 F=G，提升距离s=h， 因此，机械手臂做的有用功W有用=Fs = Gh=60N×0.5m = 30J 因此，机械手臂的机械效率 【师生归纳以下内容】 3. 一些机械（机器）的机械效率 4. 提高机械效率的方法 影响因素 分析 改进措施（提高效率） 被提升 物体的重力 同一机械，被提升物体 的重力越大，做的有用功 越多，机械效率越大。 在机械承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力。 机械自身 的重力 有用功不变时，减小提升机械时做的额外功， 可提高机械效率。 改进机械结构，减轻 动滑轮自身的重力。 机械转动 部件的摩擦 机械自身部件的摩擦力 越大，机械效率越低。 对机械进行保养，保持 良好的润滑，减小摩擦。 【例题3】如图所示，小黄用竖直向上大小为250牛的拉力，通过滑轮在10秒内匀速将箱子提升6米。已知箱子重为400牛（若不计绳重和摩擦等），求： （1）拉力的功率； （2）滑轮的机械效率为多少？ （3）若要提升该滑轮的机械效率，下列方法中可行的是（　　） A．减少箱子的重力 B．增大箱子的重力 C．换用重力更小的滑轮 D．换用重力更大的滑轮 【答案】（1）300W；（2）80%；（3）BC 【详解】（1）由图可知，动滑轮上绳子的股数n=2，则绳子自由端移动的距离为 s=nh=2×6m=12m 则拉力的功率 （2）滑轮的机械效率为 （3）AB．减小木箱所受的重力，有用功会减小，有用功在总功中所占的比例将减小，机械效率会减小；相反的，如果增大木箱所受的重力，有用功会增大，有用功在总功中所占的比例将增大，机械效率会增大，故A不符合题意，B符合题意； CD．换用质量更小的动滑轮，额外功减少，有用功在总功中所占的比例将增大，机械效率增大；相反的，换用质量更大的动滑轮，额外功增加，有用功在总功中所占的比例将减小，机械效率降低，故C符合题意，D不符合题意。 故选BC。 课堂练习 1. 清晨，清河河畔聚集了很多钓鱼爱好者，若某位师傅不小心把水桶弄进水里，捞上桶时发现桶里带些水。在打捞水桶的过程中，下列关于做功的说法中正确的是（　　） A．对水所做的功是有用功 B．对桶所做的功是总功 C．对水所做的功是总功 D．对桶所做的功是有用功 【答案】D 【详解】师傅不小心把水桶弄进水里，目的是为了把水桶提上来，所以对水桶做的功为有用功；但水桶里面有一些水，又不得不对水做功，所以对水做的功为额外功；手对绳子拉力做的功，包括对水做的功、对桶做的功、对绳子做的功为总功，故ABC错误；D正确。 2. 下列关于功、功率、机械效率的说法中正确的是（　　） A．做功多的机器机械效率一定高 B．功率大的机器做功时间一定短 C．功率越小的机器做功越慢 D．机械效率高的机器功率一定大 【答案】C 【详解】A．有用功与总功的比值叫机械效率，机械效率与做功的多少无关，故A错误； B．功率等于功和做功时间的比值，功率大，功多少不确定，时间不确定，故B错误； C．功率反映做功的快慢，功率大则做功快，功率小，则做功慢，故C正确； D．机械效率与功率大小没有直接关系，机械效率高的机器功率不一定大，故D错误。 故选C。 3. 如图所示，工人用相同的滑轮A、B组成滑轮组将重为400N的重物从井底匀速吊起2m，用时为8s，工人所用拉力F为250N。求： （1）滑轮 是动滑轮（选填“A”或“B”）。 （2）滑轮A的重力。 （3）此滑轮组的机械效率。 （4）拉力F的功率。 【答案】（1）B；（2）100N；（3）80%；（4）125W 【详解】（1）轴固定不动的滑轮为定滑轮，随物体一起运动的滑轮是动滑轮，由图可知，B是动滑轮。 （2）由图可知，滑轮组的有效绳子段数为n=2，由 得，滑轮A的重力G动=2F-G=2×250N-400N=100N （3）绳子自由端移动的距离为s=nh=2×2m=4m，滑轮组的机械效率 （4）拉力F做的功为W总=Fs=250N×4m=1000J，则拉力F的功率为 4. 如图甲所示，A、B是两个完全相同的物体，琴琴同学分别将A、B两物体拉到斜面顶端，对物体做功情况如图乙所示，请问对物体A做的有用功是 J，对物体B做的额外功是 J。    【答案】 2 0.5 【详解】由图乙可知，对物体A做的总功为3J，额外功为1J，故对物体A做的有用功 W有=WA总-WA额=3J-1J=2J A、B是两个完全相同的物体，都拉到斜面顶端，故对物体B做的有用功和对物体A做的有用功相同；由图乙可知，对物体B做的总功为2.5J，故对物体B做的额外功 WB额=WB总-W有=2.5J-2J=0.5J 5. 用滑轮组提高重物，下述几种方法中能够提高机械效率的是（　　） A．改变绳子的缠绕方法 B．增加重物提升高度 C．增加动滑轮质量 D．增加重物质量 【答案】D 【详解】A．改变绳子的缠绕方法，对重物被拉升没有影响，即对有用功没影响；对动滑轮的拉升、动滑轮转动时的摩擦也没有影响，即不影响额外功。所以改变绕绳方式不影响机械效率。故A不符合题意； B．增加重物提升高度的时候，绳端被拉升的距离也变长了，根据 可知，机械效率并不受影响。故B不符合题意； C．增加动滑轮质量，对有用功没影响，额外功增加了，所以机械效率降低了，故C不符合题意； D．增加重物的质量，即增加了重物的重力，在动滑轮、摩擦不变的情况下，即额外功不变的情况下，有用功增加了，所以机械效率就提高了。故D符合题意。 故选D。 6. 在学习了简单机械知识后，我们知道利用机械工作时可以省力，那么能不能省功呢？如图所示，利用长为L的光滑斜面将重为G的物体匀速拉到高度h处，拉力F对物体所做的功W1= （用字母表示）；若直接将重为G的物体提升到高度h处，需要克服重力所做的功W2= （用字母表示）。实验数据表明，W1=W2，即使用机械工作时可以省力但不能 。 【答案】 FL Gh 省功 【详解】将物体沿着斜面拉到高度h处，力的大小为F，在力的方向上通过的距离为L，故拉力F做的功为W1=FL 克服重力所做的功为重力乘以竖直方向上的距离，即W2=Gh 实验数据表明W1=W2，即FL=Gh，又L>h 故F<G 由此可知使用斜面的好处是可以省力，但是不能省功。 板书设计 第5节 机械效率 一、机械的三种功 1. 有用功：使重物上升所做的功是有用的，必须做的功。 2. 额外功：克服机械的自重及机械部件间的摩擦做的功。 3. 总功：拉力做的功是有用功与额外功的总和。 即W总=W有+W额。 二、机械效率 1．定义：有用功与总功之比叫做机械效率。 2. 计算公式： η= ×100%； η＜1，用百分数表示。 三、提高机械效率的方法 1. 影响因素：机械效率跟物重、机械重、绳重和摩擦等因素有关。 2. 提高方法：减小摩擦或者使用质量更小的轻型机械。 课堂总结 本节的主要内容和行文逻辑是： 1. 通过节首图所展示的机械手情境，引导学生思考机械输出能量的多少与机械效率之间的差异与联系。 2. 通过比较使用机械和不用机械时做功的差异，得出使用机械不省功的结论。结合使用动滑轮提升重物实例引出有用功、额外功、总功的概念。 3. 引出机械效率的概念，分析提高机械效率的意义和途径。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $