11.5 机械效率 任务驱动型导学案-2026-2027学年苏科版物理九年级上学期

该初中物理导学案围绕“机械效率”展开，引导学生掌握有用功、额外功、总功的概念，理解机械效率的定义、公式及计算方法，探究提高机械效率的意义与方法。通过小明提水和捞桶的情境导入，结合功、功率和简单机械的旧知，引导学生区分有用功与额外功，搭建新旧知识的学习支架。 该资料设计自主学习、课堂探究、达标练习等环节，情境导入和思考交流激发学生兴趣，培养科学探究能力。对比表格和归纳总结帮助构建知识体系，促进科学思维（模型建构、科学推理），拓展阅读联系绿色发展渗透科学态度与责任，习题注重应用提升物理观念，助力学生自主学习和教师教学评估。

自主学习 1. 本节预习需结合已有功、功率和简单机械的知识基础，通过区分有用功、额外功和总功的概念，理解机械效率是衡量机械性能的重要指标，掌握机械效率的定义、公式及计算方法，并了解提高机械效率的意义与方法。 2. 阅读课本第十一章第5节「机械效率」内容，自主探究机械效率的基础知识内容，并根据阅读内容填写本节预习任务，把握本课重难点。 任务一 | 知识回顾·基础梳理 旧知温故 1. 做功的两个必要因素：一是_______________________；二是_____________________。 2. 功的计算公式：W = ______，其中F表示______，s表示________________。功的国际单位是______，简称______，符号______。 3. 功的原理：使用任何机械都不省______，这个结论叫做功的原理。使用机械可以______或者______，但不能______。 新知填空 1. 有用功（W有用）：为了达到目的而______做的功，即对人们______的功。 2. 额外功（W额外）：人们不需要但又______做的功。主要来源于克服____________和____________等所做的功。 3. 总功（W总）：______对机械所做的功。关系式：W总 = W有用 + W额外。 4. 机械效率的定义：____________与____________的比值叫做机械效率，用符号______表示。 5. 机械效率的计算公式：η = ×100%。 6. 机械效率总小于1（即小于100%）的原因：____________不可避免。任何机械的机械效率都______100%。 7. 机械效率与功率的区别：机械效率表示________________的比例（无单位），功率表示________________（单位是______）。二者______（填「有」或「无」）必然联系。功率大的机械，机械效率不一定______；机械效率高的机械，功率也不一定______。 8. 提高滑轮组机械效率的主要方法：①增大______；②减小____________；③减小______。 任务二 | 课堂探究·知识建构 【情境导入】 小明用一只自重为20N的水桶从井中提水，水重为80N，将水和桶一同提升5m，用时20s。请问：小明做的这些功中，哪些是对人们有用的？哪些是不得不做的额外功？机械对做功的「效率」如何衡量？ 思考交流： (1) 用水桶从井中提水时，对水做的功和对桶做的功，哪部分是有用功？哪部分是额外功？ (2) 如果水桶掉进了井里，要把水桶捞上来，桶里还装着水。此时对桶做的功和对水做的功，分别属于什么性质的功？ (3) 结合以上两个情境，谈谈你对「有用功和额外功是相对的」这句话的理解。 知识点1 有用功、额外功与总功 1.有用功（W有用）：___________________________。 2.额外功（W额外）：___________________________。产生额外功的主要原因有：①________________；②________________。 3.总功（W总）：___________________________。关系式：W总 = ______ + ______。 【归纳总结】 使用机械做功时，动力对机械做的功为______功，机械对物体做的功为______功，克服机械自重和摩擦所做的功为______功。三者的关系是：______________________。有用功和额外功的区分是______的，取决于做功的______。 知识点2 机械效率的定义 1.定义：物理学中，将____________与____________的比值叫做机械效率。 2.公式：η = ×100%。其中η表示机械效率，W有用表示____________，3.W总表示____________。 【归纳总结】 机械效率是____________与____________的比值，用符号______表示。因为有用功总______总功（填「大于」「等于」或「小于」），所以机械效率总______1（填「大于」「等于」或「小于」），通常用______表示。机械效率没有______。 知识点3 机械效率的计算 1.滑轮组竖直提升重物时：W有用 = ______，W总 = ______，η = （不计绳重和摩擦时，η = 。 2.滑轮组水平拉动物体时：W有用 = ______，W总 = ______，η = 。 3.斜面：W有用 = ______，W总 = ______，η = 。斜面越______，机械效率越______。 【归纳总结】 计算滑轮组机械效率时，明确有用功和总功是关键。竖直提升时，有用功W有用 = ______，总功W总 = ______；水平拉动时，有用功W有用 = ______（其中f为______）。斜面上，有用功W有用 = ______，总功W总 = ______。 知识点4 影响滑轮组机械效率的因素 请根据以上探究，完成影响机械效率因素的对比表格： 影响因素 如何影响 具体说明 物重 G 物重越大，机械效率越______ 有用功增大，额外功基本不变，有用功占总功比例______ 动滑轮重 G动 动滑轮越重，机械效率越______ 额外功增大，有用功不变，有用功占总功比例______ 绳重与摩擦 绳重和摩擦越大，机械效率越______ 额外功______，机械效率降低 提升高度 h ______影响 η与h无关——约分时h被消去，且额外功与有用功同比变化 绕绳方式 ______影响 仅改变拉力方向和绳端移动距离，不改变有用功和额外功的大小 【归纳总结】 影响滑轮组机械效率的最主要因素是______和____________。对于同一滑轮组，提升的物体越______，机械效率越______；提升同样重的物体时，动滑轮越______，机械效率越______。 知识点5 提高机械效率的方法及机械效率与功率的区别 1.完成机械效率与功率的对比表格： 比较项目 机械效率（η） 功率（P） 物理意义 ________________ ________________ 定义 ________________ ________________ 定义公式 ________________ ________________ 单位 ________________ ________________ 是否总小于1 ________________ ________________ 两者关系 无必然联系：功率大的机械，机械效率不一定高；机械效率高的机械，功率也不一定大 2.提高机械效率的主要方法： ①__________________________________（增大有用功）。 ②_________________________________（减小额外功）。 ③__________________________________（减小额外功）。 ④__________________________________（减小额外功）。 【想想议议】 (1)「使用机械一定省功吗？」请结合功的原理和机械效率加以说明。 (2)甲的机械效率比乙高，是否意味着甲一定比乙省力？为什么？ (3)为什么说机械效率不是固定不变的？请举例说明。 (4)小明认为：「越省力的简单机械，机械效率就越高。」他的说法对吗？请用斜面为例进行分析。 达标练习 1. 关于机械效率，下列说法中正确的是（ ） A. 机械效率越高，做的有用功越多 B. 机械效率越高，做的额外功越少 C. 机械效率越高，有用功占总功的比例越大 D. 机械效率可以等于1 2. 用同一滑轮组分别将重为G1和G2的两个物体匀速提升相同高度（G1 > G2），不计绳重和摩擦，则两次的机械效率关系为（ ） A. η1 = η2 B. η1 > η2 C. η1 < η2 D. 无法判断 3. 某滑轮组的机械效率为80%，它表示的物理意义是（ ） A. 总功是额外功的80% B. 有用功是总功的80% C. 额外功是有用功的80% D. 额外功是总功的80% 4. 用如图所示的滑轮组将重为600N的物体匀速提升2m，拉力F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。 5.沿着长5m、高1m的斜面，把重为1000N的物体匀速拉上去。若拉力为250N，求：(1)有用功；(2)总功；(3)斜面的机械效率；(4)物体受到的摩擦力。 6. 下列关于功率和机械效率的说法中，正确的是（ ） A. 功率大的机械，机械效率一定高 B. 做功多的机械，机械效率一定高 C. 做相同的有用功，额外功越少的机械，机械效率越高 D. 省力的机械，机械效率一定高 任务三 | 拓展提升·反思总结 拓展阅读：机械效率与绿色发展 机械效率不仅是物理学中的重要概念，也是现代社会节能减排的核心理念之一。在日常生活中，提高各种机械的效率意味着用更少的能源完成同样多的功。 例如，现代汽车发动机的热效率约为30%~40%，这意味着燃料燃烧释放的能量中，仅有约三分之一转化为有用的机械功，其余以热量形式散失了。提高发动机效率是汽车工业的重要研究方向。又如，三峡水电站的水轮发电机组效率高达95%以上，远高于火力发电机组（约40%），这体现了水力发电在能源利用效率方面的优势。 我国提出「碳达峰、碳中和」的战略目标，其核心就是要提高能源利用效率、减少无效损耗。学习中我们也应培养「效率意识」——用最短的时间、最少的精力，获得最佳的学习效果，这也是一种「学习效率」！ 预习反思 把预习中发现的问题记录下来吧…… 问题栏 答案与解析 任务一 知识回顾·基础梳理 旧知温故 1. 作用在物体上的力 物体在力的方向上移动了距离 2. W = Fs 力 物体在力的方向上移动的距离 焦耳 焦 J 3. 功 省力 省距离 省功 新知填空 1. 必须 有用 2. 不得不 机械自重 摩擦 3. 动力 W有用 W额外 4. 有用功 总功 η 5. 6. 额外功 小于 7. 有用功占总功 做功快慢 瓦特（W） 无 高 大 8. 物重 动滑轮重 摩擦 任务二 课堂探究·知识建构 【情境导入】 (1) 对水做的功是有用功（提水的目的），对桶做的功是额外功（不得不提桶）。 (2) 此时对桶做的功是有用功（捞桶的目的），对水做的功是额外功（水随桶一起被捞上来）。 (3) 有用功和额外功的区分取决于做功的目的，同一过程中目的不同，有用功和额外功可能互换。 知识点1 有用功、额外功与总功 为了达到目的而必须做的、对人们有用的功 人们不需要但又不得不做的功 克服机械自重做功 克服摩擦做功 动力对机械所做的功 W有用 + W额外 【归纳总结】 总 有用 额外 W总 = W有用 + W额外 相对 目的 知识点2 机械效率的定义 有用功 总功 有用功 总功 【归纳总结】 有用功 总功 η 小于 小于 百分数 单位 知识点3 机械效率的计算 Gh Fs fs物 Fs绳 Gh FL 缓 高 【归纳总结】 Gh Fs（或Fnh） fs物 摩擦力 Gh FL 知识点4 影响滑轮组机械效率的因素 影响因素 如何影响 具体说明 物重 G 高 增大 动滑轮重 G动 低 减小 绳重与摩擦 低 增大 提升高度 h 无 η与h无关——约分时h被消去，且额外功与有用功同比变化 绕绳方式 无 仅改变拉力方向和绳端移动距离，不改变有用功和额外功的大小 【归纳总结】 物重 动滑轮重 重 高 轻 高 知识点5 提高机械效率的方法及机械效率与功率的区别 1.表格内容补充 比较项目 机械效率（η） 功率（P） 物理意义 表示有用功占总功的比例 表示做功的快慢 定义 有用功与总功的比值 功与做功时间之比 定义公式 η = P = 单位 无单位（通常用百分数表示） 瓦特（W）即J/s 是否总小于1 是（额外功不可避免） 否 两者关系 无必然联系：功率大的机械，机械效率不一定高；机械效率高的机械，功率也不一定大 2.提高机械效率的主要方法： ①增大物重（在机械承受范围内）。 ②减小动滑轮重（使用轻质滑轮）。 ③减小摩擦（加润滑油使接触面更光滑）。 ④合理绕绳，减小绳重影响。 【想想议议】 (1)使用任何机械都不省功（功的原理）。因为W总 = W有用 + W额外，额外功不可避免，所以W总 > W有用。 (2)不一定。机械效率是有用功与总功的比值，省力是指动力小于阻力，两者无直接关系。例如斜面越缓越省力，但机械效率反而越低。 (3)同一滑轮组提升不同重物时机械效率不同（物重越大效率越高），说明机械效率不是固定不变的。 (4)不对。以斜面为例：斜面越缓（越省力），克服摩擦的额外功越多，机械效率越低。 达标练习 1. C 【解析】机械效率是有用功与总功的比值，机械效率高只表示有用功占总功的比例大。有用功多少还取决于总功大小，额外功多少也需看总功。由于额外功不可避免，任何机械的机械效率总小于1，D错误。 2. B 【解析】不计绳重和摩擦时，η = 。同一滑轮组G动相同，G越大，η越大。G1 > G2，则η1 > η2。 3. B 【解析】机械效率80%表示有用功占总功的80%。 4. 解：(1) W有用 = Gh = 600N × 2m = 1200J (2) s = nh = 3 × 2m = 6m，W总 = Fs = 250N × 6m = 1500J (3) η = ×100% = ×100% = 80% (4) W额外 = W总 - W有用 = 1500J - 1200J = 300J，G动 = = = 150N 5. 解：(1) W有用 = Gh = 1000N × 1m = 1000J (2) W总 = FL = 250N × 5m = 1250J (3) η = ×100% = ×100% = 80% (4) W额外 = W总 - W有用 = 1250J - 1000J = 250J，f = = = 50N 6. C 【解析】功率和机械效率是两个不同的概念，无必然联系。做相同有用功时，额外功越少，总功越少，有用功占总功比例越大，机械效率越高。 1 学科网（北京）股份有限公司 $