11.3 机械效率 教学设计 2025-2026学年沪科版八年级全一册物理

11.3 机械效率 一、单元介绍 课程标准要求如下： 3.2.2知道机械功和功率。用生活中的实例说明机械功和功率的含义。 3.2.3知道机械效率。了解提高机械效率的意义和途径。 3.2.4能说出人类使用的一些机械。了解机械的使用对社会发展的作用。 二、单元目标： 物理观念：能说出人类使用的一些机械,知道机械效率以及提高机械效率的意义和途径;能用简单机械解决生活中的有关问题。 科学思维：通过实例,了解生活中常用的杠杆和滑轮等机械,能通过观察、体验、实验等分析归纳它们的特点和工作原理,并能根据实际需要选择不同类型的杠杆和滑轮等机械来解决生活中的问题。结合实例,了解机械效率的概念,知道提高机械效率的意义,并能提出提高机械效率的有效途径。 通过体验、观察简单机械的特点,能抽象归纳出杠杆模型及滑轮模型。能运用杠杆平衡条件及滑轮的特点进行演绎推理,解决相关问题。 科学探究：能完成“探究杠杆的平衡条件”的实验;有控制变量的意识,能收集实验数据,得出实验结论。依据生活经验和基于实验,能了解影响杠杆平衡的因素,能对杠杆平衡条件提出合理的猜想和假设,能制订实验方案并进行实验,能收集实验数据并对实验数据进行分析论证,得出杠杆的平衡条件。 科学态度与责任：通过查阅资料等,了解人类机械的发展史,知道人类对机械的利用是不断发展的。能认识到机械的使用对社会发展的推动作用。了解我国古代对简单机械的应用,体会我国古代在简单机械应用方面的成就，增强学生的民族自豪感。 三、单元学情分析 学生基础知识掌握情况： 大部分学生对物理基础知识有一定的了解，但对机械原理的深入理解仍需加强。 部分学生在实验操作能力上存在一定的短板，需要更多的实践机会来锻炼和提升。 学生学习兴趣与动机： 学生对机械与人这一单元的内容表现出较高的兴趣，尤其是通过实验和实践活动来探究机械原理。 学生希望通过实际操作来验证理论知识，加深对机械原理的理解和应用。 学生学习方法与习惯： 学生在学习方法上更倾向于直观和动手操作，对理论知识的记忆和理解相对较弱。 学生在学习习惯上需要更多的引导和监督，以确保他们能够按时完成学习任务和实验报告。 学生困难与挑战： 学生在理解复杂机械原理时存在一定的困难，需要更多的耐心和辅导。 学生在实验操作过程中可能会遇到各种问题和挑战，需要教师的及时指导和帮助。 四、单元教学主线 本章涉及力和功的问题,要分别从力和功的角度认识简单机械,有一定的综合性。本章还涉及机械效率,是后面学习其他效率如热机效率、热效率的基础,具有十分重要的意义。 本章章首图展示了生活中的塔吊,以问题“它们(塔吊含有的杠杆和滑轮等机械)是怎样发挥作用的呢?”引发学生思考。第一节“探究:杠杆的平衡条件”主要介绍杠杆的概念及其五要素、探究杠杆的平衡条件、杠杆的应用及分类;第二节“滑轮及其应用”主要介绍定滑轮及其特点、动滑轮及其特点、滑轮组;第三节“机械效率”主要介绍有用功、额外功和总功的意义及三者的关系,还介绍了机械效率的概念及提高机械效率的途径。章末跨学科:实践活动“制作'龙骨水车’模型”通过查阅资料,了解我国“龙骨水车”的历史及结构功能,并综合运用简单机械、工程技术、材料等相关知识制作“龙骨水车”模型,探究“龙骨水车”的工作原理及影响其效果的原因， 本章内容循序渐进,环环相扣。第一节中杠杆相关知识是力学知识的延续,也为第二节中认识滑轮的实质奠定基础,第三节中机械改率是衡量机械性能的重要指标,让学生从功的角度认识简单机械。本章让学生知道杠杆、滑轮等简单机械的结构、特点、工作原理等,使其能从生活和生产劳动的实际需要出发,选择不同类型的杠杆和滑轮,对它们]进行适当组合，以达到方便生活和生产劳动的目的。同时,让学生知道机械效率及提高机械效率的意义和途径，了解机械使用的历史发展过程及其对社会发展的作用。 教学设计 学 校 授课教师 年级 八年级 章节/课题 八年级 《物理》第十一章第三节 机械效率 计划课时 2 课型 新授课 学习内容分析 1.知道什么是有用功、额外功和总功，知道它们之间的关系，并能从机械功中区分出有用功、额外功和总功。 2.理解机械效率的概念，知道机械效率小于1及没有单位的原因． 3.知道机械效率的计算公式，能应用其进行简单计算． 学习者分析 由于机械效率概念涉及到总功、有用功、额外功等概念，而功的概念本身又比较抽象，因而要区分并理解这些概念，对初中生来说，有一定的难度。要轻松自如地解决有关机械效率的问题，关键是真正弄清楚有关概念，并能正确地加以区分。 目标 物理观念: 1、让学生通过实验探究认识使用滑轮与不使用滑轮提升重物做功不同,进而构建有用功、额外功、总功的概念及关系； 2、通过实例帮助学生从具体情境中理解机械效率的意义 科学思维: 3、让学生通过实验探究过程，培养逻辑思维与设计思维； 4、能从信息中寻找证据;敢于表达自己的观点。 科学探究: 5、让学生经历实验的探究过程，在“做中学”初步形成提出问题、猜想假设、实验论证的科学探究能力 科学态度与责任: 6、让学生通过实验，培养学生严谨的科学态度和协作精神； 7、让学生通过同一机械的机械效率是否会发生变化的探究，激发学习物理的热情,感悟科学就在身边 8、了解我国古代对简单机械的应用,体会我国古代在简单机械应用方面的成就，增强学生的民族自豪感。 重点 重点：有用功、额外功和总功、机械效率的概 念，会利用公式进行简单计算 难点 机械效率的概念 方法 实验教学法、探究教学法(设置情景、提出问题实验探究、观察、交流等) 器材 钩码、滑轮组、细绳、铁架台 教学过程 （一）情境导入，激发兴趣（5分钟） 1. 提出问题：“用水桶从水井提水，你认为桶重些好还是轻些好？用动滑轮将物体运到高处，动滑轮重些好还是轻些好？为什么？” 2. 演示实验：用弹簧测力计直接提升钩码（G=4N）至高度h=10cm，记录拉力大小和做功情况；再用动滑轮提升同一钩码至相同高度，记录拉力大小和做功情况。 3. 引导学生观察：两次提升的钩码相同、高度相同，但拉力做功不同，第二次做功更多。提问：“为什么使用动滑轮会多做功？多做的功用到哪里去了？” 4. 引出课题：使用机械时，我们既要利用机械的优势，也要考虑其“损耗”，这种“损耗”与机械的效率有关，今天我们就来学习《机械效率》。 （二）探究新知，构建概念（20分钟） 1. 有用功、额外功、总功 1. 结合导入实验分析： 我们的目的是提升钩码，克服钩码重力所做的功，是对我们有用的功，叫做有用功（W），计算公式：W=Gh。 使用动滑轮时，不仅要提升钩码，还要克服动滑轮自身重力、绳子重力和摩擦力做功，这部分功对我们无用但又不得不做，叫做额外功（W）。 拉力所做的总功，等于有用功和额外功之和，叫做总功（W），计算公式：W=Fs（F为拉力，s为拉力移动的距离），且W=W+W。 2. 实例巩固： 用桶从井中提水：有用功是克服水的重力做功，额外功是克服桶的重力和摩擦力做功，总功是拉力所做的功。 桶掉进井里，捞桶时桶内带水：有用功是克服桶的重力做功，额外功是克服水的重力和摩擦力做功，总功是拉力所做的功。 用斜面推木箱上车：有用功是克服木箱重力做功，额外功是克服木箱与斜面的摩擦力做功，总功是推力所做的功。 3. 小组讨论：“生活中还有哪些使用机械的实例？请分别指出其中的有用功、额外功和总功。” 邀请2-3组分享讨论结果，教师点评纠正。 2. 机械效率 1. 提出问题：“不同机械做功时，有用功在总功中所占的比例不同，我们如何表示这种比例关系，来衡量机械的性能优劣？” 2. 给出定义：有用功与总功的比值，叫做机械效率，用符号η（读作“eta”）表示。 3. 推导公式：η=W/W×100%（用百分数表示，无单位）。 4. 关键分析： 因为额外功总是存在的（机械自身重力、摩擦等无法完全消除），所以W<W，因此η<100%，机械效率永远小于1。 机械效率越高，说明有用功在总功中所占的比例越大，机械的性能越好，能量的利用率越高。 机械效率的高低与机械是否省力、物体提升的高度、绳子的绕法无关，只与有用功和总功的比值有关。 5. 例题解析：工人用滑轮将45kg的建筑材料沿竖直方向匀速提升3m，所用拉力为250N，求此滑轮的机械效率（g取10N/kg）。 步骤1：计算有用功：W=Gh=mgh=45kg×10N/kg×3m=1350J。 步骤2：确定绳子段数（假设为2段），计算拉力移动距离：s=2h=6m。 步骤3：计算总功：W=Fs=250N×6m=1500J。 步骤4：计算机械效率：η=W/W×100%=1350J/1500J×100%=90%。 强调：计算时要注意单位统一，步骤清晰，明确各物理量的含义。 3. 探究影响机械效率的因素 1. 提出猜想：结合前面的实验和实例，引导学生猜想：滑轮组的机械效率可能与哪些因素有关？（钩码重力、动滑轮重力、摩擦、绳子重力等） 2. 实验探究（小组合作）： 实验目的：探究滑轮组机械效率与钩码重力、动滑轮重力的关系。 实验原理：η=W/W×100%=Gh/Fs×100%。 实验器材：弹簧测力计、钩码、动滑轮、定滑轮、刻度尺、铁架台、细绳。 实验步骤： 1. 组装滑轮组（2段绳子承担物重），用弹簧测力计测出钩码重力G，记录数据。 2. 记下钩码和弹簧测力计的初始位置，缓慢匀速拉动弹簧测力计，使钩码上升高度h，读出拉力F，用刻度尺测出s，记录数据。 3. 更换不同重力的钩码（保持动滑轮不变），重复上述步骤，记录多组数据。 4. 更换更重的动滑轮（保持钩码重力不变），重复上述步骤，记录数据。 5. 计算每组实验的W、W和η，填入实验表格。 数据处理：小组合作计算数据，绘制简单表格，分析实验结果。 实验结论： 同一滑轮组，提升的钩码重力越大，机械效率越高（额外功不变，有用功增大）。 提升相同钩码时，动滑轮重力越大，机械效率越低（额外功增大，有用功不变）。 减小摩擦（如加润滑油）、减小绳子重力，能提高机械效率。 （三）巩固提升，学以致用（12分钟） 1. 基础题：用动滑轮将重为80N的物体匀速提升1m，所用拉力为50N，求有用功、总功和机械效率。（答案：W=80J，W=100J，η=80%） 2. 应用题：起重机在4s内将质量为5×10³kg的钢材匀速提升2m，电动机做的总功为2×10⁵J，求起重机的机械效率（g取10N/kg）。（答案：W=1×10⁵J，η=50%） 3. 拓展题：为什么机械效率总小于1？如何提高生活中机械的效率？（引导学生结合额外功的不可避免性，说出具体方法：减轻机械自身重力、减小摩擦、增加有用功等） 4. 学生独立完成，小组内核对答案，教师巡视指导，针对易错点（如额外功的判断、公式应用错误）进行重点讲解。 板书设计 11.5机械效率 1.三种功： （1）有用功：机械对物体所做的功， 提升重物时：W有用＝Gh （2）额外功：克服摩擦和机械自重所做的功。 公式：W额外＝W总－W有用＝G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组） （3）总功：动力（F）对机械所做的功。 公式：W总＝Fs 2.在物理学中，将有用功与总功的比值叫作机械效率。 3.公式： 理解：η是一个没有单位且小于1的百分数 4.影响滑轮（组）机械效率的因素：物重、动滑轮重、绳重及摩擦 （1）同一滑轮（组）（或动滑轮重一定），提升物体越重，机械效率越高； （2提升同一重物，动滑轮越重，机械效率越低。 （3）滑轮组的机械效率与提升速度、高度或绳子股数无关。 5.推导： 1 学科网（北京）股份有限公司 $