12.4 机械效率 导学案-2025-2026学年人教版物理八年级下学期

该初中物理导学案聚焦“机械效率”，涵盖有用功、额外功、总功概念及机械效率计算，通过“用动滑轮提升重物”的课前思考衔接功的知识，以问题为支架引导区分三种功，建立概念联系。 以核心素养为导向，科学探究环节完整，通过实验培养数据分析能力，典型例题与易错题结合提升科学思维，思维导图梳理知识脉络，课前课中课后设计促进自主学习，增强节能意识，落实科学态度与责任。

12.4 机械效率 导学案 【学习目标】 核心素养维度 学习目标 物理观念 理解有用功、额外功、总功的概念，知道机械效率的定义和物理意义。 科学思维 能分析简单机械的有用功、额外功和总功，会计算机械效率，能分析影响机械效率的因素。 科学探究 经历探究滑轮组机械效率的实验过程，学会测量和计算机械效率的方法，培养数据分析能力。 科学态度与责任 认识提高机械效率的意义，增强节能意识和科学态度。 学习重点： 有用功、额外功、总功的区分；机械效率的计算；测量滑轮组机械效率的实验。 学习难点： 区分有用功和额外功；分析影响机械效率的因素。 【课前预习案】 1. 思考：用动滑轮提升重物时，我们的拉力做了功，其中哪些功是有用的，哪些是额外的？ 2. 阅读教材，了解有用功、额外功、总功和机械效率的概念。 【我的疑惑】__________________________ 【课中探究案】 一、有用功、额外功、总功 【活动一】以“用动滑轮提升重物”为例，分析做功情况。 有用功： 动滑轮对钩码的拉力所做的功叫作有用功，用W有表示。竖直提升物体时，W有 = ___Gh___ 。 额外功： 用动滑轮提升钩码时，我们不可避免地要克服动滑轮本身的重力及摩擦力等因素的影响而多做一些，用W额表示。如克服机械自重、摩擦等做的功。 总功： 弹簧测力计的拉力所做的功，即动力做的功叫作总功，用W总表示。 W总 = ___Fs___ 。 三者关系： W总 = W有 + W额 。 思考：在上图中，动滑轮对小桶和沙子做的功是____有用__ 功，即W有=（G桶+G沙）h 作用有动滑轮上的动力的测力计做的功是 ____总__ 功，即W总=Fs 二、机械效率 定义： 有用功跟总功的 __比值____ ，用符号η表示。 公式： η = ___W有/W总___ 。 特点： 机械效率总小于 ___1___ ，用 ___百分数___ 表示。 理解： 机械效率的高低表示机械做功性能的好坏，η越高，有用功所占比例越大。 例子：起重机的机械效率一般为40%～50%，抽水机的机械效率一般为60%～80% 例题：起重机把质量为 的重物匀速提升了 ，而它的电动机所做的功是 。起重机的机械效率是多少？ 取 。 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： 这台起重机的机械效率为 。 巩固练习：教材121页第5题。 答案：66.7%；180 W 解析：有用功 ，总功 ，机械效率 ，拉力的功率 。 三、探究滑轮组的机械效率 【活动二】探究滑轮组机械效率与哪些因素有关。 实验器材： 滑轮组、钩码、弹簧测力计、刻度尺、细绳。 测量的物理量： 钩码重力G、钩码上升高度h、拉力F、绳子自由端移动距离s。 计算公式： W有 = ___Gh___ ，W总 = __Fs____ ，η = ______ 。 实验结论： 同一滑轮组，提升的重物越重，机械效率越 ___大___ 。 提升同一重物，动滑轮越重，机械效率越 ____小__ 。 思考：滑轮组的机械效率与提升高度、绳子绕法是否有关？ 由上面的推导可知：滑轮组的机械效率与提升高度、绳子绕法等 ___无关__ （选填“有关”或“无关”）。 四、提高机械效率的方法 1. 减小 ___额外功___ ，如减轻动滑轮自重、加润滑油减小摩擦。 2. 在有用功一定时，减小 ___总功___ 。 3. 在额外功一定时，增大 __有用功____ 。 4. 对于滑轮组，增加被提升物体的 ____重力__ 可以提高机械效率。 对应练习： 下列做法中，不能提高滑轮组机械效率的是（    ） A. 增加提升高度 B. 增加物重 C. 减轻动滑轮重 D. 加润滑油减小摩擦 答案：A 解析： 机械效率与提升高度无关；增加物重、减轻动滑轮重、减小摩擦都可以提高机械效率。 【典型例题与易错题】 题型一：机械效率的计算 例1 用如图所示的滑轮组将重为500N的物体匀速提升2m，所用拉力为200N（不计绳重和摩擦）。 求：(1) 有用功； (2) 总功； (3) 机械效率； (4) 动滑轮的重力。 【解析】 (1) W有 = Gh = 500N×2m = 1000J； (2) s = nh = 3×2m = 6m，W总 = Fs = 200N×6m = 1200J； (3) η = W有/W总 = 1000J/1200J = 83.3%； (4) 不计绳重和摩擦，∵F = (G物+G动)/n， ∴G动 =nF-G物 =3×200N-500N=100N。 【易错提醒】 注意s与h的关系，n为承担重物的绳子段数。 题型二：斜面机械效率 例2 如图所示，斜面高为2m，长为4m，工人用沿斜面向上的力F将重为500N的物体匀速拉到顶端，拉力F=300N。求： (1) 有用功； (2) 总功； (3) 额外功； (4) 斜面的机械效率； (5) 斜面对物体的摩擦力。 【解析】 (1) W有 = Gh = 500N×2m = 1000J； (2) W总 = FL = 300N×4m = 1200J； (3) W额 = W总 - W有 = 1200J - 1000J = 200J； (4) η = W有/W总 = 1000J/1200J ≈ 83.3%； (5) f = W额/L = 200J/4m = 50N。 【易错提醒】 斜面中，克服摩擦力做的功是额外功，f = W额/L。 题型三：滑轮组机械效率的影响因素 例3 关于滑轮组的机械效率，下列说法正确的是（      ） A. 机械效率越高，做功越多 B. 机械效率越高，功率越大 C. 机械效率越高，有用功占总功的比例越大 D. 机械效率越高，额外功越少 答案：C 解析： 机械效率是有用功与总功的比值，它反映有用功所占比例，与做功多少、功率大小无关。 【易错点总结】 易错点1：混淆有用功和总功 有用功是我们为了达到目的必须做的功，总功是动力做的功。竖直提升物体时，W有=Gh，W总=Fs。 易错点2：机械效率与功率的区别 机械效率表示做功的有效程度，功率表示做功的快慢，两者没有直接关系。 易错点3：机械效率与提升高度无关 同一机械，提升同一物体，机械效率与提升高度无关（不计绳重和摩擦时）。 易错点4：忽略动滑轮自重对机械效率的影响 动滑轮越重，额外功越多，机械效率越低。 【课堂检测】 1. 使用机械时，对完成工作任务有用的功叫做 ______ ，不需要但又不得不做的功叫做 ______ ，有用功与额外功之和叫做 ______ 。 答案：有用功；额外功；总功 2. 机械效率等于 ______ 与 ______ 的比值，其公式为η = ______ 。 答案：有用功；总功；W有/W总 3. 关于机械效率，下列说法正确的是（      ） A. 机械效率越高，越省力 B. 机械效率越高，做功越快 C. 机械效率越高，有用功占总功的比例越大 D. 机械效率可以大于1 答案：C 解析： 机械效率是有用功与总功的比值，η<1，与省力、做功快慢无关。 4. 用滑轮组提升重物，已知总功为500J，有用功为400J，则额外功为 ______ J，机械效率为 ______ 。 答案：100；80% 解析： W额=W总-W有=500J-400J=100J；η=W有/W总=400J/500J=80%。 5. 用动滑轮提升重物，若不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（      ） A. 动滑轮越重，机械效率越高 B. 提升的物体越重，机械效率越高 C. 提升的高度越大，机械效率越高 D. 拉力的速度越大，机械效率越高 答案：B 解析： 同一动滑轮，提升物体越重，有用功占比越大，机械效率越高；动滑轮越重，机械效率越低；机械效率与高度、速度无关。 6. 在“测量滑轮组机械效率”的实验中，需要测量的物理量有：钩码重力G、钩码上升高度h、拉力F和 ______ 。 答案：绳子自由端移动距离s 7. 用如图所示的滑轮组将重为600N的物体匀速提升2m，所用拉力为250N（不计绳重和摩擦）。 求： (1) 有用功； (2) 总功； (3) 机械效率； (4) 动滑轮的重力。 答案：(1) 1200J；(2) 1500J；(3) 80%；(4) 150N 解析： (1) W有=Gh=600N×2m=1200J； (2) s=nh=3×2=6m，W总=Fs=250N×6m=1500J； (3) η=1200J/1500J=80%； (4) F=(G+G动)/n，250N=(600N+G动)/3，G动=150N。 8. 如图所示，斜面高为1m，长为4m，工人用沿斜面向上的力F将重为400N的物体匀速拉到顶端，拉力F=150N。 求： (1) 有用功； (2) 总功； (3) 斜面的机械效率； (4) 斜面对物体的摩擦力。 答案：(1) 400J；(2) 600J；(3) 66.7%；(4) 50N 解析： (1) W有=Gh=400N×1m=400J；(2) W总=FL=150N×4m=600J；(3) η=400J/600J=66.7%；(4) W额=W总-W有=200J，f=W额/L=200J/4m=50N。 9. 关于提高机械效率，下列说法正确的是（      ） A. 增加提升高度可以提机械效率 B. 增加提升速度可以提机械效率 C. 减轻动滑轮重可以提机械效率 D. 增大额外功可以提机械效率 答案：C 解析： 减轻动滑轮重可以减少额外功，从而提高机械效率；机械效率与高度、速度无关，增大额外功会降低机械效率。 10. 在“测量滑轮组机械效率”的实验中，小明发现同一滑轮组两次实验的机械效率不同，其原因可能是（      ） A. 提升的高度不同 B. 提升的速度不同 C. 所挂钩码的重力不同 D. 绳子绕法不同 答案：C 解析： 同一滑轮组，提升物体越重，机械效率越高；机械效率与提升高度、速度无关，绳子绕法会影响n，但同一滑轮组绕法相同。 11.某建筑工地上，工人用如图所示的滑轮组将重为1200N的物体匀速提升3m，所用拉力为500N（不计绳重和摩擦）。 求： (1) 动滑轮的重力； (2) 绳子自由端移动的距离； (3) 滑轮组的机械效率； (4) 若用该滑轮组提升重为1800N的物体，求此时的机械效率。 答案：(1) 300N；(2) 9m；(3) 80%；(4) 85.7% 解析： (1) F=(G+G动)/n，500N=(1200N+G动)/3，G动=300N； (2) s=nh=3×3m=9m；(3) W有=1200N×3m=3600J，W总=500N×9m=4500J，η=3600J/4500J=80%；(4) η'=G'/(G'+G动)=1800N/(1800N+300N)=1800N/2100N≈85.7%。 【本课知识结构图 · 思维导图】 第 1 页 共 10 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 12.4 机械效率 导学案 【学习目标】 核心素养维度 学习目标 物理观念 理解有用功、额外功、总功的概念，知道机械效率的定义和物理意义。 科学思维 能分析简单机械的有用功、额外功和总功，会计算机械效率，能分析影响机械效率的因素。 科学探究 经历探究滑轮组机械效率的实验过程，学会测量和计算机械效率的方法，培养数据分析能力。 科学态度与责任 认识提高机械效率的意义，增强节能意识和科学态度。 学习重点： 有用功、额外功、总功的区分；机械效率的计算；测量滑轮组机械效率的实验。 学习难点： 区分有用功和额外功；分析影响机械效率的因素。 【课前预习案】 1. 思考：用动滑轮提升重物时，我们的拉力做了功，其中哪些功是有用的，哪些是额外的？ 2. 阅读教材，了解有用功、额外功、总功和机械效率的概念。 【我的疑惑】__________________________ 【课中探究案】 一、有用功、额外功、总功 【活动一】以“用动滑轮提升重物”为例，分析做功情况。 有用功： 动滑轮对钩码的拉力所做的功叫作有用功，用W有表示。竖直提升物体时，W有 = ______ 。 额外功： 用动滑轮提升钩码时，我们不可避免地要克服动滑轮本身的重力及摩擦力等因素的影响而多做一些，用W额表示。如克服机械自重、摩擦等做的功。 总功： 弹簧测力计的拉力所做的功，即动力做的功叫作总功，用W总表示。 W总 = _____ 。 三者关系： W总 = W有 + W额 。 思考：在上图中，动滑轮对小桶和沙子做的功是______ 功 即W有=（G桶+G沙）h 作用有动滑轮上的动力的测力计做的功是 ______ 功，即W总=Fs 二、机械效率 定义： 有用功跟总功的 ______ ，用符号η表示。 公式： η = ______ 。 特点： 机械效率总小于 ______ ，用 ______ 表示。 理解： 机械效率的高低表示机械做功性能的好坏，η越高，有用功所占比例越大。 例子：起重机的机械效率一般为40%～50%，抽水机的机械效率一般为60%～80% 例题：起重机把质量为 的重物匀速提升了 ，而它的电动机所做的功是 。起重机的机械效率是多少？ 取 。 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： 这台起重机的机械效率为 。 巩固练习：教材121页第5题。 三、探究滑轮组的机械效率 【活动二】探究滑轮组机械效率与哪些因素有关。 实验器材： 滑轮组、钩码、弹簧测力计、刻度尺、细绳。 测量的物理量： 钩码重力G、钩码上升高度h、拉力F、绳子自由端移动距离s。 计算公式： W有 = ______ ，W总 = ______ ，η = _____ 。 实验结论： 同一滑轮组，提升的重物越重，机械效率越 ______ 。 提升同一重物，动滑轮越重，机械效率越 ______ 。 思考：滑轮组的机械效率与提升高度、绳子绕法是否有关？ 由上面的推导可知：滑轮组的机械效率与提升高度、绳子绕法等 _____ （选填“有关”或“无关”）。 四、提高机械效率的方法 1. 减小 ______ ，如减轻动滑轮自重、加润滑油减小摩擦。 2. 在有用功一定时，减小 ______ 。 3. 在额外功一定时，增大 ______ 。 4. 对于滑轮组，增加被提升物体的 ______ 可以提高机械效率。 对应练习： 下列做法中，不能提高滑轮组机械效率的是（    ） A. 增加提升高度 B. 增加物重 C. 减轻动滑轮重 D. 加润滑油减小摩擦 答案：A 解析： 机械效率与提升高度无关；增加物重、减轻动滑轮重、减小摩擦都可以提高机械效率。 【典型例题与易错题】 题型一：机械效率的计算 例1 用如图所示的滑轮组将重为500N的物体匀速提升2m，所用拉力为200N（不计绳重和摩擦）。 求：(1) 有用功； (2) 总功； (3) 机械效率； (4) 动滑轮的重力。 【解析】 (1) W有 = Gh = 500N×2m = 1000J； (2) s = nh = 3×2m = 6m，W总 = Fs = 200N×6m = 1200J； (3) η = W有/W总 = 1000J/1200J = 83.3%； (4) 不计绳重和摩擦，∵F = (G物+G动)/n， ∴G动 =nF-G物 =3×200N-500N=100N。 【易错提醒】 注意s与h的关系，n为承担重物的绳子段数。 题型二：斜面机械效率 例2 如图所示，斜面高为2m，长为4m，工人用沿斜面向上的力F将重为500N的物体匀速拉到顶端，拉力F=300N。求： (1) 有用功； (2) 总功； (3) 额外功； (4) 斜面的机械效率； (5) 斜面对物体的摩擦力。 【解析】 (1) W有 = Gh = 500N×2m = 1000J； (2) W总 = FL = 300N×4m = 1200J； (3) W额 = W总 - W有 = 1200J - 1000J = 200J； (4) η = W有/W总 = 1000J/1200J ≈ 83.3%； (5) f = W额/L = 200J/4m = 50N。 【易错提醒】 斜面中，克服摩擦力做的功是额外功，f = W额/L。 题型三：滑轮组机械效率的影响因素 例3 关于滑轮组的机械效率，下列说法正确的是（      ） A. 机械效率越高，做功越多 B. 机械效率越高，功率越大 C. 机械效率越高，有用功占总功的比例越大 D. 机械效率越高，额外功越少 答案：C 解析： 机械效率是有用功与总功的比值，它反映有用功所占比例，与做功多少、功率大小无关。 【易错点总结】 易错点1：混淆有用功和总功 有用功是我们为了达到目的必须做的功，总功是动力做的功。竖直提升物体时，W有=Gh，W总=Fs。 易错点2：机械效率与功率的区别 机械效率表示做功的有效程度，功率表示做功的快慢，两者没有直接关系。 易错点3：机械效率与提升高度无关 同一机械，提升同一物体，机械效率与提升高度无关（不计绳重和摩擦时）。 易错点4：忽略动滑轮自重对机械效率的影响 动滑轮越重，额外功越多，机械效率越低。 【课堂检测】 1. 使用机械时，对完成工作任务有用的功叫做 ______ ，不需要但又不得不做的功叫做 ______ ，有用功与额外功之和叫做 ______ 。 2. 机械效率等于 ______ 与 ______ 的比值，其公式为η = ______ 。 3. 关于机械效率，下列说法正确的是（      ） A. 机械效率越高，越省力 B. 机械效率越高，做功越快 C. 机械效率越高，有用功占总功的比例越大 D. 机械效率可以大于1 4. 用滑轮组提升重物，已知总功为500J，有用功为400J，则额外功为 ______ J，机械效率为 ______ 。 5. 用动滑轮提升重物，若不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（      ） A. 动滑轮越重，机械效率越高 B. 提升的物体越重，机械效率越高 C. 提升的高度越大，机械效率越高 D. 拉力的速度越大，机械效率越高 6. 在“测量滑轮组机械效率”的实验中，需要测量的物理量有：钩码重力G、钩码上升高度h、拉力F和 ______ 。 7. 用如图所示的滑轮组将重为600N的物体匀速提升2m，所用拉力为250N（不计绳重和摩擦）。 求： (1) 有用功； (2) 总功； (3) 机械效率； (4) 动滑轮的重力。 8. 如图所示，斜面高为1m，长为4m，工人用沿斜面向上的力F将重为400N的物体匀速拉到顶端，拉力F=150N。 求： (1) 有用功； (2) 总功； (3) 斜面的机械效率； (4) 斜面对物体的摩擦力。 9. 关于提高机械效率，下列说法正确的是（      ） A. 增加提升高度可以提机械效率 B. 增加提升速度可以提机械效率 C. 减轻动滑轮重可以提机械效率 D. 增大额外功可以提机械效率 10. 在“测量滑轮组机械效率”的实验中，小明发现同一滑轮组两次实验的机械效率不同，其原因可能是（      ） A. 提升的高度不同 B. 提升的速度不同 C. 所挂钩码的重力不同 D. 绳子绕法不同 11.某建筑工地上，工人用如图所示的滑轮组将重为1200N的物体匀速提升3m，所用拉力为500N（不计绳重和摩擦）。 求： (1) 动滑轮的重力； (2) 绳子自由端移动的距离； (3) 滑轮组的机械效率； (4) 若用该滑轮组提升重为1800N的物体，求此时的机械效率。 【本课知识结构图 · 思维导图】 第 1 页 共 10 页 学科网（北京）股份有限公司 $