11.5 机械效率 教学设计 2026-2027学年物理苏科版九年级上册

该初中物理教学设计聚焦机械效率核心知识，涵盖有用功、额外功、总功概念及机械效率公式。通过“再探动滑轮”实验导入，结合学生已学的简单机械和功的知识，引导从实验数据发现手拉绳做功大于动滑轮对钩码做功，自然引出三种功概念，搭建前后知识学习支架。 该资料以实验探究为特色，融合科学思维与科学态度。通过“再探动滑轮”实验培养科学探究能力，对比机械效率与功率强化科学推理，结合盘山公路、汽车发动机效率等实例渗透科学态度与责任。实验数据对比、分步计算教学等方法，帮助学生突破重难点，提升分析解决问题能力，也为教师提供清晰的教学流程和素养培养路径。

11.5 机械效率 教案 课题 11.5 机械效率 课型 新授课 课时 1课时（45分钟） 教材版本 苏科版九年级上册 教学方法 实验探究法、讲授法、讨论法、练习法、类比法 教学用具 多媒体课件、弹簧测力计、动滑轮、钩码、铁架台、刻度尺、细绳 教材分析：本节课是苏科版九年级上册第十一章"简单机械和功"的第5节，也是本章的最后一节，是对前面所学简单机械和功的知识的综合应用与深化。本节课在学生已经学习了杠杆、滑轮、功、功率等知识的基础上，引入有用功、额外功和总功的概念，建立机械效率这一核心物理量，帮助学生理解使用任何机械都不能省功的道理，并学会运用机械效率公式进行简单计算。教材首先通过"再探动滑轮"实验，让学生直观感受手拉绳做的功大于动滑轮对钩码做的功，从而自然引出有用功、额外功和总功的概念；然后通过比值定义法建立机械效率概念，阐明机械效率总小于1的原因；再通过例题演示机械效率的计算方法；最后通过"生活·物理·社会"栏目介绍斜面及其应用，拓宽学生的知识视野。本节课内容具有承上启下的重要作用，既是对前面功和简单机械知识的综合运用，又为后续学习热机效率等概念奠定方法论基础。 学情分析：九年级学生已经在本章前几节学习了杠杆、滑轮等简单机械，掌握了功和功率的基本概念和计算方法，具备了利用W=Fs和W=Gh进行功的计算的能力。同时，学生在滑轮组的学习中已经接触过"再探动滑轮"的实验，对动滑轮的使用有一定的操作经验，这为本节课通过实验探究引出有用功、额外功和总功的概念提供了良好的基础。学生在学习功率时已经接触过比值定义法，对机械效率η=W有用/W总的定义式不会感到陌生。但是，学生在以下几个方面的理解可能存在困难：第一，有用功、额外功和总功的区分——学生需要根据具体情境判断哪个功是"有用的"、哪个功是"额外但又不得不做的"，需要在不同情境中反复练习才能熟练掌握；第二，机械效率总小于1的原因——学生可能认为"机械效率越高越好，为什么不设计成100%"，需要教师引导学生理解额外功的不可避免性；第三，机械效率与功率的区别——学生容易将这两个概念混淆，需要教师通过对比分析帮助学生区分；第四，在斜面机械效率的计算中，学生需要综合运用W=Fs、W=Gh、P=W/t等多个公式，对综合运用能力要求较高。对于接受能力较强的学生，可以引导他们分析影响机械效率的因素及提高机械效率的方法；对于基础薄弱的学生，需要教师在三种功的区分和公式运用上给予更多指导。 一、核心素养目标 物理观念 了解什么是有用功、额外功和总功，理解三种功的含义及其相互关系。 知道机械效率的定义，理解机械效率是表示机械性能的重要物理量，知道机械效率总小于100%。 知道斜面的特点，了解斜面在日常生活中的应用。 科学思维 通过"再探动滑轮"实验的数据分析，理解有用功、额外功和总功的概念，培养从实验数据中归纳物理概念的科学思维方法。 通过对比机械效率与功率的区别，培养对比分析的科学思维方法。 通过分析影响机械效率的因素，培养从多角度分析问题的科学思维方法。 科学探究实践 通过"再探动滑轮"实验，经历完整的实验探究过程，掌握控制变量法在实验设计中的应用，提高实验操作和数据处理能力。 通过运用机械效率公式进行简单计算，培养运用物理知识解决实际问题的能力。 科学态度与责任 通过了解各种机械的机械效率及提高机械效率的方法，认识到合理使用机械、节约能源的重要性。 通过了解斜面在生活中的广泛应用，感受物理知识在实际生活中的重要价值，增强学以致用的意识。 在实验探究过程中，培养学生严谨认真的科学态度和实事求是的科学精神。 二、教学重难点 教学重点：有用功、额外功和总功概念的理解和区分；机械效率的概念和公式η=W有用/W总的掌握；运用机械效率公式进行简单计算。 教学难点：在不同情境中准确区分有用功、额外功和总功，理解使用任何机械都不能省功的深刻含义；机械效率与功率的区别（前者反映有用功占总功的比例，后者反映做功的快慢）；斜面机械效率的综合计算（涉及W=Fs、W=Gh、P=W/t等多个公式的综合运用）。 三、教学过程 （一）情境导入（3分钟） 【教师活动】同学们，在前面几节课中，我们学习了各种简单机械——杠杆可以省力、动滑轮可以省力、斜面也可以省力。利用机械帮助我们工作，确实给我们带来了极大的方便。但是，请同学们思考一个问题：利用滑轮组提升重物时，绳端拉力所做的功与滑轮组对重物所做的功相同吗？ 人利用滑轮组提升重物情境图 滑轮组提升重物示意图 【学生活动】学生思考后展开讨论。学生甲：我觉得应该相同，因为功是能量转化的量度，省力不省功。学生乙：我觉得不一定相同，因为滑轮组本身有重量，绳子与滑轮之间也有摩擦，绳端拉力做的功有一部分要用来克服摩擦和提升动滑轮。学生丙：我们在前面学过"使用任何机械都不省功"，但绳端拉力做的功是不是一定大于有用功呢？ 【教师活动】同学们提出了很好的问题！有的同学认为相同，有的同学认为不同。到底绳端拉力做的功与滑轮组对重物做的功是否相等？让我们通过一个具体的实验来探究这个问题。 【学生活动】学生继续深入讨论。学生甲：杠杆也有类似的问题——用杠杆撬重物时，我们手施加的力做的功，和杠杆对重物做的功也不相等吧？学生乙：斜面也是！沿斜面推物体时，推力做的功肯定大于直接把物体提升到同样高度做的功，因为还要克服摩擦力。学生丙：还有滑轮组，绳子与滑轮之间有摩擦，滑轮本身也有重量，所以绳端拉力做的功一定大于滑轮组对重物做的功。学生丁总结：看来所有简单机械在使用时，动力做的功都大于机械对外做的有用功，这可能是一个普遍规律！ 【设计意图】通过滑轮组提升重物的情境，激发学生对"功是否相等"的疑问，自然引出本节课的核心问题，为后续实验探究做铺垫。 （二）知识点一：有用功和额外功（15分钟） 1. 思考：手拉绳做的功与动滑轮对木料做的功 【教师活动】我们先来分析一个具体情境：用动滑轮把木料拉上三楼。请同学们思考：手拉绳所做的功与动滑轮对木料做的功相等吗？为什么？ 用动滑轮把木料拉上三楼示意图 【学生活动】学生分组讨论后回答。学生甲：不相等！手拉绳做的功更多。学生乙分析：动滑轮对木料做的功只是将木料提升一定的高度，这是我们需要的。但手拉绳做的功除了包含提升木料的功，还要克服摩擦力做功，还要克服动滑轮自身的重力做功。学生丙总结：手拉绳做的功等于动滑轮对木料做的功加上克服摩擦力做的功再加上克服动滑轮重力做的功，所以手拉绳做的功更大。 【教师活动】分析得非常到位！手拉绳所做功除了包含动滑轮对木料做功外，还包含了克服摩擦力做功和克服动滑轮所受重力做功。也就是说，手拉绳做的功（总功）大于动滑轮对木料做的功（有用功）。 【学生活动】学生进一步思考讨论。学生甲：我明白了，动滑轮对木料做的功是"必须的"——因为我们就是要提升木料；但克服摩擦力和动滑轮重力的功是"额外但又不得不做的"。学生乙：就好比我们推着购物车爬坡，让人和车上升的功是必须的，克服车轮与地面的摩擦就是额外做的功。学生丙：那有没有什么方法可以减少这些额外功呢？比如给滑轮加润滑油减小摩擦，或者用更轻的滑轮。学生丁：即使加润滑油、用轻滑轮，额外功还是存在的，不可能完全消除，只是让额外功变小了而已。 【教师活动】同学们不仅理解了"必须的功"和"额外但又不得不做的功"的区别，还开始思考如何减少额外功了，非常棒！让我们通过实验来验证这个结论。 2. 活动：再探动滑轮 【教师活动】现在，我们来通过实验验证这个结论。请同学们按照以下步骤操作：用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉绳的一端，使挂在动滑轮下面的钩码缓缓上升。测量绳受到的拉力F、绳端移动的距离s、钩码所受的重力G和钩码上升的高度h。改变钩码的数量，重复实验。将实验数据填入自己设计的表格中，分别计算手拉绳做的功和动滑轮对钩码做的功，比较两者的大小。 【学生活动】学生分组进行实验，认真记录数据。第一组数据：钩码重G=2N，钩码上升高度h=0.1m，拉力F=1.3N，绳端移动距离s=0.2m。学生甲计算：手拉绳做功W=Fs=1.3N×0.2m=0.26J；动滑轮对钩码做功W=Gh=2N×0.1m=0.2J。学生乙：0.26J>0.2J，手拉绳做的功大于动滑轮对钩码做的功。第二组数据（增加钩码）：钩码重G=4N，钩码上升高度h=0.1m，拉力F=2.4N，绳端移动距离s=0.2m。学生丙计算：手拉绳做功W=2.4N×0.2m=0.48J，动滑轮对钩码做功W=4N×0.1m=0.4J。学生丁：0.48J>0.4J，仍然手拉绳做的功更大。 【教师活动】实验数据充分证明了我们的结论：手拉绳做的功总大于动滑轮对钩码做的功。原因是手拉绳所做功除了包含动滑轮对钩码做的功外，还包含了克服摩擦力做功和克服动滑轮所受重力做功。 【知识点】实验结论：手拉绳做的功总大于动滑轮对钩码做的功。原因：手拉绳所做的功除了包含提升钩码的有用功外，还包含了克服摩擦力做功和克服动滑轮所受重力做功。 【学生活动】学生对比两组实验数据后展开讨论。学生甲：我发现一个规律——钩码越重，两种功的差值相对于总功的比例越小。第一组差值0.06J，总功0.26J，差值是总功的23%；第二组差值0.08J，总功0.48J，差值是总功的17%。学生乙：这说明钩码越重，额外功占总功的比例越小，机械的效率越高！学生丙：但如果只看差值本身，第二组0.08J比第一组0.06J还大，说明额外功的绝对值在增加，但它的相对占比在减小。学生丁：所以要提高机械的效率，应该让机械搬运较重的物体，让有用功在总功中占更大的比例。 【教师活动】同学们从实验数据中发现了非常有价值的规律！钩码越重，额外功的绝对值虽然有所增加，但有用功增长得更快，所以有用功在总功中占的比例变大。这个规律对我们后面理解机械效率的影响因素非常重要。 3. 有用功、额外功和总功的概念 【教师活动】基于以上实验，物理学中引入了三个重要的概念：有用功、额外功和总功。请同学们看屏幕上的定义。 有用功、额外功和总功概念示意图 【教师活动】第一，将钩码提升一定的高度是我们的目的，所做的功叫作有用功，记为W有用。 【教师活动】第二，除需克服摩擦力做功外，还要克服动滑轮所受的重力做功，这两部分功虽然并非我们所需要的，但又不得不做，我们将它们叫作额外功，记为W额外。 【教师活动】第三，手拉绳所做的功叫作总功，记为W总。总功等于有用功与额外功的总和。 【学生活动】学生认真记录三种功的定义。学生甲总结：有用功是我们想要达到目的所做的功，如直接把重物提升到一定高度。学生乙：额外功是使用机械时不得不额外做的功，如克服摩擦、克服机械自重等。学生丙：总功是动力对机械所做的功，等于有用功加额外功。 【教师活动】总结得非常清晰！请同学们注意：大量实验表明，动力对机械所做的功总是大于机械对外所做的功（有用功）。事实上，使用任何机械都不能省功。这就是功的原理。 【知识点】有用功（W有用）：使用机械时，对物体所做的有用的功，即为了达到目的而必须做的功。额外功（W额外）：使用机械时，人们额外需要做的功，即并非需要但又不得不做的功。总功（W总）：有用功与额外功的总和，即动力对机械所做的功。W总=W有用+W额外。使用任何机械都不能省功。 【易错提示】区分三种功的关键是明确"目的"——你要达到什么目的，为达到目的必须做的功就是有用功。例如，用滑轮组提升重物，目的是把重物提升一定高度，所以W有用=Gh；而克服摩擦和动滑轮重力的功就是额外功。如果用滑轮组水平拉动物体，有用功就变成了克服摩擦力做的功fs。 【学生活动】学生联系生活实际展开讨论。学生甲：用水桶从井里提水时，把水提上来是我们的目的，对水做的功是有用功，但对水桶做的功就是额外功，因为水桶跟着水一起上来是"不得不做的"。学生乙：那如果水桶掉进井里，用绳子把水桶捞上来，这时对水桶做的功就变成了有用功，而桶里带出来的水做的是额外功！学生丙：对！同样一个情境，目的不同，有用功和额外功就不同。学生丁：还有骑自行车时，克服地面摩擦力推动自行车前进是做有用功，但克服链条和齿轮间的摩擦、克服空气阻力就是额外功。学生戊：所以区分三种功的关键是"明确目的"，目的变了，有用功和额外功就变了！ 【教师活动】同学们举的例子非常精彩！特别是"水桶提水"和"捞水桶"的对比，完美地说明了"有用功随目的而变"这个重要概念。请大家牢记：分析三种功，第一步永远是明确使用机械的目的。 【过渡语】我们知道了有用功、额外功和总功的概念，也知道了总功总是大于有用功。那么，有用功在总功中占的比例是多少？这个比例反映了什么？这就是我们接下来要学习的机械效率。 （三）知识点二：机械效率（12分钟） 1. 机械效率的定义和公式 【教师活动】既然总功中有一部分是有用功，另一部分是额外功，那么有用功在总功中所占的比例越大，说明机械对能量的利用效率越高。物理学中，把有用功与总功的比叫作机械效率，用希腊字母η（读作"伊塔"）表示。 【教师活动】机械效率的公式为： 【教师活动】机械效率一般用百分数表示，没有单位。机械效率的物理意义是：表示机械做功时，有用功在总功中所占的比例，是机械性能的重要指标。 【学生活动】学生认真记录公式。学生甲：机械效率越高，说明有用功在总功中占的比例越大，机械的性能越好。学生乙：因为W有用总是小于W总，所以机械效率总小于100%。学生丙追问：有没有可能机械效率等于100%？ 【教师活动】好问题！因为使用任何机械都不可避免地要做额外功（克服摩擦、克服机械自重等），所以W有用一定小于W总，机械效率η一定小于100%。理想情况下，如果不考虑摩擦和机械自重，机械效率可以等于100%，但实际中这是不可能实现的。 【知识点】机械效率（η）：有用功与总功的比，η=W有用/W总×100%。机械效率用百分数表示，没有单位，总小于100%。物理意义：表示机械做功时有用功在总功中所占的比例，是机械性能的重要指标。 【重点强调】机械效率η总小于1（100%）的原因：使用任何机械都不可避免地要做额外功（克服摩擦、克服机械自重等），所以W有用<W总，η<100%。如果题目算出的机械效率大于100%，一定是计算错误。 【学生活动】学生围绕"机械效率能否等于100%"展开热烈讨论。学生甲：理论上，如果能做到完全没有摩擦、机械本身也没有重量，那额外功就等于零，W有用=W总，机械效率就可以等于100%！学生乙：但这是理想情况，实际上不可能做到——再光滑的表面也有摩擦力，再轻的材料也有重量，所以额外功不可能为零。学生丙：就像我们学过的"永动机不可能实现"一样，机械效率等于100%的"理想机械"也是不存在的，因为能量守恒定律决定了必然有能量损耗。学生丁：所以机械效率总小于100%不仅是一个实验结论，更是由自然界的基本规律决定的。 【教师活动】分析得非常深刻！机械效率总小于100%既是实验事实，也有其深刻的理论根源——能量守恒定律和热力学第二定律决定了任何实际过程都不可避免地有能量损耗。在物理学中，有些"不可能"比"可能"更有教育意义。 2. 机械效率与功率的区别 【教师活动】机械效率是一个新的物理量，同学们可能会把它和之前学过的功率混淆。现在，请同学们对比分析机械效率和功率的区别。 【学生活动】学生对比分析后回答。学生甲：机械效率指有用功占总功的比值，表示机械对能量的利用效率；功率表示做功的快慢，是单位时间内做的功。学生乙：机械效率没有单位，用百分数表示；功率的单位是瓦特（W）。学生丙：机械效率高的机械不一定功率大，功率大的机械也不一定机械效率高。学生丁举例：一台小型电动机可能机械效率很高（90%），但功率很小（100W）；一台大型起重机功率很大（100kW），但机械效率可能只有50%。学生戊总结：机械效率和功率是两个完全不同的物理量，二者没有任何内在联系。 【教师活动】同学们分析得非常透彻！机械效率和功率是描述机械两个不同方面的物理量——机械效率描述的是"有用功占多少"，功率描述的是"做功有多快"。两者之间没有必然联系，不能混淆。 【知识点】机械效率与功率的区别：机械效率指有用功占总功的比值，表示能量利用效率，无单位；功率表示做功的快慢，单位是瓦特（W）。二者没有任何内在联系，机械效率高的机械不一定功率大，反之亦然。 【判断技巧】判断机械效率大小只看有用功与总功的比值，与做功快慢无关。常见误区："功率大的机械效率高"——错误！功率大只说明做功快，不说明有用功占比大。 【学生活动】学生进一步举例讨论。学生甲：我家有一台小型电动缝纫机，功率只有100W，但机械效率可能有90%以上，因为它结构简单、摩擦损耗小。学生乙：而一台大型挖掘机，功率可能有200kW，但它的机械效率可能只有40%左右，因为液压系统、传动装置等都有很大的能量损耗。学生丙：还有，一辆自行车，人蹬踏板的功率可能只有200W，但链条传动的机械效率可以高达95%以上；而一辆大卡车，发动机功率可能有300kW，但热机效率只有30%~40%。学生丁：所以"效率高"和"功率大"是完全不同的两个概念——效率高说明机械"省能量"，功率大说明机械"干活快"，两者不能混为一谈。 【教师活动】同学们举的例子非常直观！电动缝纫机vs挖掘机、自行车vs卡车，这些对比清晰地说明了"效率高不等于功率大"。希望大家在以后的学习和考试中牢牢记住这一点。 3. 各种机械的机械效率 【教师活动】现在，请同学们看屏幕上的数据，了解一些常见机械的机械效率。起重机的机械效率约为40%~50%，汽油发动机约为22%~27%，柴油发动机约为28%~30%，抽水机约为60%~80%。可以看出，现在各种机械的机械效率都还不够高，还有很大的提升空间。 起重机机械效率40%~50% 汽油发动机机械效率22%~27% 柴油发动机机械效率28%~30% 抽水机机械效率60%~80% 【学生活动】学生观察数据后讨论。学生甲：抽水机的机械效率最高，能达到80%，汽油发动机的机械效率最低，只有22%~27%。学生乙：难怪汽车要消耗那么多汽油，原来大部分能量都变成了额外功浪费掉了。学生丙：提高机械效率对于节约能源非常重要。 【教师活动】同学们很有感触！提高机械效率意味着在总功相同的情况下获得更多的有用功，或者在有用功相同的情况下消耗更少的总功，这对节约能源、保护环境具有重要意义。 【学生活动】学生深入讨论汽油发动机效率低的原因。学生甲：汽油发动机效率只有22%~27%，那剩下的73%~78%的能量去了哪里？学生乙：大部分能量以热能的形式散失到空气中了——发动机工作时温度很高，排出的废气也很热，这些都是没有利用的能量。学生丙：还有一部分能量消耗在克服发动机内部各部件之间的摩擦上了，比如活塞与气缸壁的摩擦、曲轴与轴承的摩擦等。学生丁：另外，汽油在气缸内燃烧不充分也会造成能量损失，一部分未完全燃烧的燃料就随着废气排出去了。学生戊总结：所以汽油发动机的能量损耗主要有三个方面：散热损失、摩擦损失和燃烧不充分损失，这三者加起来就占了总能量的70%以上，真正用来驱动车轮的有用功只有不到30%。 【教师活动】分析得非常透彻！汽油发动机的能量损耗确实主要集中在散热、摩擦和燃烧不充分三个方面。这也是为什么汽车工程师一直在努力改进发动机设计——提高燃烧效率、减少摩擦损耗、优化散热系统，目的就是提高机械效率，让更多的燃料能量转化为有用的机械功。 4. 影响滑轮机械效率的因素及提高方法 【教师活动】现在请同学们思考：影响滑轮机械效率的因素有哪些？如何提高机械效率？ 【学生活动】学生分组讨论后回答。学生甲：影响滑轮机械效率的因素有三个——摩擦和绳重（轮与轴及轮与绳之间）、物重、动滑轮重。学生乙：减小摩擦可以减少额外功，提高机械效率。学生丙：物重增加时，有用功增大，在额外功基本不变的情况下，机械效率提高。学生丁：动滑轮重减小，额外功减小，机械效率提高。 【学生活动】学生结合具体情境深入分析。学生甲：假设我们用滑轮组提升一批建筑材料，绳子是新的很粗糙，滑轮也生了锈，这时摩擦力很大，机械效率肯定很低。学生乙：要提高效率，我们可以先给滑轮轴上润滑油、打磨光滑绳槽，这样摩擦力减小，额外功就减小了。学生丙：换用更轻的滑轮也很重要——如果原来用的是铸铁滑轮，换成铝合金滑轮，动滑轮重减小了，克服动滑轮重力做的额外功就减小了。学生丁：还有，如果每次提升的货物尽量接近滑轮组的额定载荷，让有用功尽可能大，机械效率也会提高。学生戊：但要注意，这些措施都有成本——换轻质滑轮需要花钱，加润滑油需要定期维护，所以在实际工程中需要综合考虑效率和成本。 【教师活动】总结得非常全面！提高机械效率的方法主要有三种：第一，改进机械的结构，使它更合理、更轻巧，例如换用较轻的滑轮；第二，减小机械间的摩擦力，例如加强机械运动部位的润滑；第三，增大物体的重量，在额外功不变的情况下增大有用功。 【知识点】影响滑轮机械效率的因素：①摩擦和绳重；②物重（物重增加，机械效率提高）；③动滑轮重（动滑轮重减小，机械效率提高）。提高机械效率的方法：①改进机械结构，使其更轻巧；②减小摩擦力（加强润滑）；③增大物重（在额外功不变时增大有用功）。 【知识拓展】提高机械效率是节能减排的重要途径。例如，汽车发动机的机械效率从22%提高到30%，意味着同样的油耗可以多行驶约36%的里程。这也是为什么汽车工程师一直在努力改进发动机设计、减少摩擦损耗、优化燃烧效率。 【学生活动】学生讨论提高机械效率在生活中的现实意义。学生甲：如果全国所有汽车的发动机效率都提高5个百分点，每年能节省的汽油是天文数字，对减少碳排放、保护环境意义重大。学生乙：家用电器的能效等级其实就是机械效率的一种体现——一级能效的空调比三级能效的空调效率高，同样的制冷效果耗电更少，长期使用下来可以省不少电费。学生丙：还有，工厂里的电动机如果定期维护保养、保持良好的润滑，机械效率就能保持较高水平，虽然每次维护要花一点钱，但省下的电费更多，从经济上算也是合算的。学生丁：所以提高机械效率不仅是物理问题，也是经济问题、环保问题，和我们每个人的生活都息息相关。 【教师活动】同学们的视野非常开阔！提高机械效率确实不是单纯的物理问题，它关系到节能减排、经济成本、环境保护等多个方面。希望大家从现在开始，树立节能意识，将来成为既有科学素养又有社会责任感的人才。 5. 例题精讲 【教师活动】现在，我们来通过一道例题巩固机械效率的计算。请看题目：起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m，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10N/kg。请同学们按照解题格式完成计算。 【学生活动】学生认真审题后独立完成计算。学生甲：已知m=0.5t=500kg，h=3m，W总=3.4×10⁴ J，g=10N/kg。求η。学生乙：先求有用功W有用=Gh=mgh=500kg×10N/kg×3m。学生丙：计算得W有用=1.5×10⁴ J。学生丁：根据η=W有用/W总×100%，代入数据η=1.5×10⁴ J/(3.4×10⁴ J)×100%≈44.1%。 【教师活动】非常好！让我们来看标准解题过程。 【教师活动】已知：m=0.5t=500kg，h=3m，W总=3.4×10⁴ J，g=10N/kg。求：η。 【教师活动】答：起重机的机械效率约为44.1%。 【教师活动】请同学们注意解题步骤：第一步，写出已知条件和待求量；第二步，先求有用功（W有用=Gh）；第三步，代入机械效率公式计算（η=W有用/W总×100%）；第四步，写出答案。 【判断技巧】机械效率计算三步法：①确定目的，求出有用功（提升重物时W有用=Gh，水平拉动物体时W有用=fs）；②确定总功（动力对机械做的功，W总=Fs）；③代入公式η=W有用/W总×100%计算。注意：机械效率是比值，与物体运动的快慢无关。 【学生活动】学生总结解题步骤和经验。学生甲：解题第一步是"审题明目的"——看清题目中机械在做什么，明确有用功是哪个。学生乙：第二步是"找已知条件"——把题目中给出的质量、高度、拉力、距离等数据整理好，注意单位换算，比如质量要换算成重力（G=mg）。学生丙：第三步是"分步计算"——先算有用功，再算总功，最后代入机械效率公式，不要跳步，减少出错。学生丁：第四步是"验算查错"——看看机械效率是否在0~100%之间，如果算出来大于100%或者为负数，一定算错了。学生戊补充：还有，机械效率保留百分数时要注意有效数字，一般保留一位小数即可。 【教师活动】总结得非常好！解题就像做菜，有了清晰的步骤，按部就班就不会出错。希望大家在课后练习中严格遵循"审题-找已知-分步计算-验算"的四步法。 【过渡语】我们已经学习了机械效率的概念和计算方法。现在，让我们通过几道课堂练习来巩固所学知识，检验学习效果。 （四）课堂练习（8分钟） 练1：有用功、总功和机械效率选择题 如图，甲、乙两人用不同的装置，在相同时间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台，不计绳重及滑轮的摩擦。下列说法正确的是（　　） A．甲做的有用功多 B．乙做的总功多 C．甲做总功的功率大 D．乙所用装置的机械效率小 答案：C 练2：滑轮组功和机械效率填空题 如图所示，物体重180N，动滑轮重10N，小明用100N的拉力（方向不变）将物体匀速提升2m，用了10s，则此过程中有用功是__________J，额外功是__________J，拉力的功率是__________W，滑轮组的机械效率是__________%。 滑轮组提升重物示意图 答案：360，40，40，90。 练3：盘山公路机械效率计算题 很多名山风景区为了方便游客到达都把上山的公路修成如图所示的盘山公路，这样设计的优点是__________；某次一辆质量为5t的旅游车以120kW的恒定功率沿着盘山公路向上行驶5min到达了目的地。已知该过程中旅游车上升的高度为300m，则该盘山公路的机械效率为__________。（结果保留百分号前1位小数） 盘山公路实景图 答案：省力，41.7%。 （五）生活·物理·社会：斜面及其应用（5分钟） 【教师活动】最后，我们来了解一种常见简单机械——斜面。斜面也是一种省力机械。人们往卡车上装载较重的货物时，常常会在车尾斜搭一块木板，将货物沿着木板往上推，这样比直接向上抬起重物省力很多。这块倾斜的木板就是斜面。 人用斜面往卡车上装载货物 斜面示意图 【学生活动】学生观察图片后讨论。学生甲：原来斜面这么常见，我以前看到装货工人都用木板搭在车厢上，原来这就是斜面。学生乙：斜面越长越省力，但需要移动的距离也越长，所以省力不省功。 【教师活动】观察得很认真！斜面可以省力，但不能省功——这就是功的原理。请同学们看屏幕上的更多应用：高山的盘山公路是斜面的应用，物料运输机中的斜面传送带也是斜面的应用。 盘山公路——斜面的应用 斜面传送带 【教师活动】除此之外，生活中还有很多斜面的变形应用，如斧子、螺钉、无障碍通道等。 斧子——斜面的变形应用 螺钉——斜面的变形应用 无障碍通道——斜面的应用 【学生活动】学生观察后感叹。学生甲：原来斧子和螺钉也是斜面原理的应用！学生乙：螺钉的螺纹就是缠绕在圆柱上的斜面，把斜面"卷"起来了。学生丙：无障碍通道利用了斜面省力的原理，方便了轮椅和婴儿车的通行。 【教师活动】同学们观察得很仔细！斜面虽然简单，但在生活中的应用非常广泛。从盘山公路到螺钉，都体现了斜面省力的原理。这也告诉我们，物理知识来源于生活，又服务于生活。 【学生活动】学生继续列举更多的斜面应用。学生甲：我还知道楼梯其实也是斜面的一种——如果把楼梯"拉直"了，就是一条倾斜的平面，走楼梯比垂直爬上去省力，但走的距离更长。学生乙：还有，商场里的自动扶梯、飞机场的行李传送带、建筑工地的水泥滑槽，这些都用到了斜面省力的原理。学生丙：我想到一个有趣的例子——拉链！拉链的齿其实是很多小斜面的组合，拉动拉链头时，小斜面逐渐啮合，把两排齿扣在一起，这也利用了斜面省力的原理。学生丁：还有，刀刃、剪刀、指甲刀，这些都是斜面原理的变形——刀刃越薄（斜面角度越小），切东西越省力。学生戊：原来斜面原理无处不在，从宏观的盘山公路到微观的刀刃，都离不开它！ 【教师活动】同学们的知识面非常广！楼梯、自动扶梯、拉链、刀刃，这些都是斜面原理的精彩应用。物理学的魅力就在于此——一个简单的原理，可以解释千变万化的现象。希望大家在日常生活中多观察、多思考，发现更多物理知识的应用。 【知识点】斜面是一种省力机械，利用斜面可以省力，但不能省功（符合功的原理）。斜面的应用：盘山公路、斜面传送带、斧子、螺钉、无障碍通道等。 【理解要点】斜面省力的原理：斜面越长（坡度越小），越省力，但需要移动的距离越长。斜面不能省功——推力做的功W=Fs总是等于（或大于）直接提升重物做的功W=Gh。这也从另一个角度说明了使用任何机械都不能省功的道理。 【过渡语】从滑轮组到斜面，我们看到了简单机械的共同特点——它们可以省力、可以改变力的方向，但都不能省功。机械效率正是衡量机械对能量利用程度的重要指标。现在，让我们对本节课的内容做一个系统的回顾和总结。 （六）课堂小结（2分钟） 【教师活动】同学们，今天我们学习了机械效率。让我们一起来回顾本节课的知识框架。请一位同学来总结：什么是机械效率？它的公式是什么？ 【学生活动】学生总结：机械效率是有用功与总功的比，用η表示，公式为η=W有用/W总×100%。机械效率用百分数表示，没有单位，总小于100%。 【教师活动】很好！那影响机械效率的因素有哪些？如何提高机械效率？ 【学生活动】学生总结：影响滑轮机械效率的因素有摩擦和绳重、物重、动滑轮重。提高机械效率的方法有：改进机械结构使其更轻巧、减小摩擦力、增大物重。 【教师活动】总结得非常完整！那机械效率和功率有什么区别？ 【学生活动】学生总结：机械效率表示有用功占总功的比例，反映能量利用效率，无单位；功率表示做功的快慢，单位是瓦特。两者没有必然联系，机械效率高的机械功率不一定大。 【学生活动】学生自由发言，分享本节课的收获。学生甲：本节课我最大的收获是学会了区分有用功、额外功和总功——关键是"明确目的"，目的不同，有用功就不同。学生乙：我理解了为什么机械效率总小于100%——因为任何实际机械都不可避免地有摩擦和自重，额外功不可能为零，所以机械效率不可能达到100%。学生丙：我印象最深的是机械效率和功率的区别——以前我也以为功率大的机械效率就高，现在明白了效率高是"省能量"，功率大是"干活快"，完全是两回事。学生丁：最有意思的是斜面原理的应用——从盘山公路到拉链、刀刃，原来物理知识真的无处不在！学生戊：我还学会了机械效率的计算方法——"审题-找已知-分步计算-验算"四步法，以后做题就不会乱了。 【教师活动】非常好！本节课我们学习了有用功、额外功和总功的概念，建立了机械效率的概念，掌握了运用机械效率公式进行简单计算的方法，还了解了影响机械效率的因素和提高机械效率的方法。机械效率是机械性能的重要指标，在工程设计和实际应用中有着重要的意义。课后请大家认真复习，完成课后练习。下课！ 【设计意图】课堂小结通过师生互动，帮助学生梳理本节课的知识框架，强化三种功的概念、机械效率的公式和影响因素等重点内容，形成系统的知识体系，为后续学习热机效率等概念奠定基础。 四、板书设计 一、三种功 1. 有用功（W有用）：对物体所做的有用的功，为达到目的必须做的功 2. 额外功（W额外）：并非需要但又不得不做的功（克服摩擦、克服机械自重等） 3. 总功（W总）：有用功与额外功之和，W总=W有用+W额外 4. 功的原理：使用任何机械都不能省功 二、机械效率 1. 定义：有用功与总功的比，η=W有用/W总×100% 2. 特点：用百分数表示，无单位，总小于100% 3. 物理意义：有用功占总功的比例，是机械性能的重要指标 4. 与功率的区别：机械效率反映能量利用效率，功率反映做功快慢，二者无关 三、影响因素 1. 摩擦和绳重——减小摩擦可提高机械效率 2. 物重——物重增加，机械效率提高 3. 动滑轮重——动滑轮重减小，机械效率提高 四、提高方法 1. 改进机械结构，使其更轻巧 2. 减小机械间的摩擦力（加强润滑） 3. 增大物重（在额外功不变时增大有用功） 五、斜面 省力机械，不能省功。应用：盘山公路、传送带、斧子、螺钉、无障碍通道 课题：苏科版 九年级上册 第十一章 第5节 11.5 机械效率 五、教学反思 课堂教学效果评估：本节课通过"再探动滑轮"实验引入，学生对三种功的概念有了直观的理解。机械效率的计算通过例题演示和课堂练习巩固，学生能够较好地掌握基本计算方法。斜面及其应用的拓展环节拓宽了学生的视野，增强了物理知识与实际生活的联系。整体教学效果良好，学生对机械效率的概念和公式掌握较为扎实。 重点难点突破情况：三种功的区分通过"明确目的"的方法来突破——学生需要先明确使用机械的目的，然后判断哪个功是为达到目的必须做的（有用功）。机械效率与功率的区别通过对比分析和具体实例来突破，大部分学生能够正确区分。斜面机械效率的综合计算对部分学生仍有难度，需要课后加强练习。 学生参与度分析：课堂上学生积极参与实验操作和数据记录，在三种功的概念讨论中思维活跃，能够结合生活实例进行分析。在机械效率与功率的对比讨论中，学生能够主动举例说明两者的区别。在斜面应用环节，学生对生活中的斜面变形应用表现出浓厚的兴趣。但在综合计算题中，部分基础较弱的学生参与度不高，需要教师更多的个别指导。 教学改进方向：在实验环节，可以增加水平拉动物体的实验情景，帮助学生理解"有用功随目的变化"这一重要概念。在机械效率计算中，可以设计更多变式练习，如已知机械效率和有用功求总功，已知机械效率和总功求有用功等。在斜面机械效率的计算中，可以增加更多生活化的实例，如商场自动扶梯的机械效率等。 板书设计反思：板书采用表格形式，清晰呈现了三种功的概念、机械效率的定义和公式、影响因素和提高方法、斜面应用等五个板块，层次分明，便于学生对照学习和复习。公式部分重点突出了机械效率的计算公式η=W有用/W总×100%。 后续教学衔接：本节课是第十一章的最后一节，对前面所学的简单机械和功的知识进行了综合应用和深化。机械效率的概念和计算方法为后续学习第十二章热机效率、能源与可持续发展等内容奠定了方法论基础——热机效率的分析方法与机械效率一脉相承，都是通过有用功与总功的比值来评价能量利用效率。 学科网（北京）股份有限公司 $