11.5 机械效率（教学课件）物理新教材苏科版九年级上册

该初中物理课件围绕“机械效率”展开，涵盖有用功、额外功、总功的概念，机械效率的计算及影响因素，以及斜面的应用。通过“振华30”吊装和机械手情景导入，以动滑轮实验为支架，引导学生对比拉力做功与钩码做功，建立概念后延伸至机械效率计算和斜面应用，构建从实验到理论的知识脉络。 其亮点在于以科学探究为核心，通过动滑轮实验（测量拉力、距离并分析数据）和斜面实验（改变倾斜程度、粗糙程度）培养学生数据处理能力，结合起重机效率实例渗透科学思维（机械效率小于1），并通过提高效率的方法强化科学态度与责任。实验驱动的教学帮助学生直观理解概念，教师可借助结构化实验设计提升教学效果。

物理九年级上册 •苏科版 第11章 简单机械和功 第5节 机械效率 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 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。 02 科学思维 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1 03 科学探究 通过实际测量滑轮组的机械效率，让学生经历收集和分析实验数据的过程，培养学生的科学探究能力。 04 科学态度与责任 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。 教学重难点 教学难点 教学重点 1.指出有用功、额外功、总功； 2.机械效率及其计算；机械效率的影响因素； 3.杠杆、滑轮、斜面及其综合应用。 1.滑轮组、机械效率的综合应用 2.斜面、机械效率的综合应用； 3.机械效率与图像问题综合等。 课堂引入 情景引入 “振华30”正在吊装物体，吊装中使用了非常复杂的滑轮组。 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。 机械工作的过程中，是否做的功越多，能量利用的效率也越高呢？ 知识点一 有用功、额外功、总功 探索新知 1. 再探动滑轮 【活动目的】探究动力拉绳所做的功与动滑轮拉钩码所做的功之间的大小关系。 【测量器材】弹簧测力计、刻度尺。 【实验步骤】 （1）如图所示，用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在它下面重为G的钩码缓缓上升。分别测量绳受到的拉力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。 F h s 探索新知 （2）改变钩码的数量，重复上述步骤。 （3）将实验数据填入自己设计的表格中。 实验 次数 拉力 F/N 绳子移动 距离s/m 钩码重力 G/N 钩码上升 高度h/m 拉力做功 W拉/J 动滑轮对钩码做功W动/J 1 1.3 0.2 2.0 0.1 2 2.5 0.4 4.0 0.2 3 3.5 0.6 6.0 0.3 0.26 1.0 2.1 0.2 0.8 1.8 【分析论证】手拉绳子所做的功和动滑轮对物体所做的功相等吗？若不相等，则哪一个大？你能找出其中的原因吗？ 不相等，手拉绳子所做的功多。原因是在提升钩码的过程中，不仅要克服钩码的重力做功，还要克服动滑轮的重力、绳的重力及摩擦力做功。 探索新知 2. 有用功、额外功和总功 （1）有用功： 将钩码提升一定的高度是我们的目的，所做的功叫做有用功，记为W有用. （2）额外功： 在使用动滑轮提升钩码时，除需克服摩擦力做功外，还要克服动滑轮的重力做功，这两部分功虽然并非我们所需要的，但又不得不做，叫作额外功，记为W额外. （3）总功： 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之和 W总= W有+ W额 ②额外功 ①有用功 ③总功 探索新知 W有用= 300 J 目的 没用但不得不做 W额外= 75 J 克服动滑轮重做功60 J 克服物体重做功300 J 克服摩擦力做功15 J W总= 375 J 探索新知 知识点二 机械效率 探索新知 实际情况下，使用任何机械都不可避免地要做一些额外功，有用功只是总功的一部分，有用功在总功中所占比例越大，也就是机械工作的效率越高。 物理学中，将有用功与总功的比叫作机械效率 。 械效率通常用百分数的形式表示。若用希腊字母η表示机械效率，则 探索新知 机械效率 1.定义：有用功与总功的比叫作机械效率。 2.公式： 3.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. 4.使用机械时，由于额外功的存在，总有 W有用<W总，因此η<100%. 机械效率一般用百分数表示，没有单位。 探索新知 探索新知 5.一些机械的机械效率 起重机:40%～50% 柴油机:28%～40% 滑轮组:60%～80% 探索新知 想一想: 一台起重机的机械效率是60%  ，它表示什么意义？ 探索新知 动滑轮对钩码做的功W1=Gh /J 手拉绳做的功W2=Fs /J 机械效率η ① ② ③ 0.1 0.13 0.2 0.23 实验结论 0.15 0.18 请计算“活动11.4 再探动滑轮”中不同情况下动滑轮的机械效率。 你有什么发现? 77.0% 83.3% 87.0% 其他条件相同时，钩码重力越大，机械效率越高。 你认为如何才能提高动滑轮的机械效率。 思考 探索新知 总结：提高机械效率的方法 影响因素 分析 改进措施（提高效率） 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. 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. 机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越低. 改进机械结构，使其更合理、更轻巧. 对机械按技术规程经常保养，使之处于良好的状态. （1）被提升 物体的重力 （2）机械 自身的重力 （3）机械转动 部件间的摩擦 典例分析 例题：起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m,而它的电动机所做功3.4×104J，起重机的机械效率是多少？g取10N/kg. 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： F=G=mg =0.5×103kg×10N/kg=5×103N 起重机提升重物所做的有用功： W有=Fh=5×103N×3m =1.5×104J 起重机的电机做的总功： W总=3.4×104J 因此，起重机的机械效率： 知识点三 斜面及其在机械效率的应用 探索新知 欲将重物从地面移到高台上，可以在地面和高台间架一块长木板，沿斜面将重物拉到高台上，如图11-40所示。这里的斜面就是一种省力的简单机械。使用斜面时可以省力，但要费距离。由于物体在斜面上运动时会受到摩擦力，要做额外功，因而斜面的机械效率小于100%。 图11 - 40 用斜面提升重物 探索新知 斜面在生产、生活中应用广泛。如图(a) 所示，在一些建筑物的入口处设置了供轮椅等上下的斜坡，将轮椅沿着这种斜坡推上去比直接抬上去要省力，这体现了社会对残障人士的人文关怀。如图(b) 所示，高山上的公路修得弯弯曲曲，宛如盘龙，也是利用了同样的道理。 (a) 斜坡 (b) 盘山公路 生活中常见的斜面 探索新知 实验原理： 1.测量木块的重力，记录数据； 3.改变斜面的倾斜程度，重复步2。 2.把木块用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉；分别记录拉力F、小车沿斜面移动的距离s、木块上升的高度h。 实验步骤： 4.斜面倾斜程度不变，在斜面上分别铺白布、毛巾.重复步2。 探索新知 探索新知 斜面的倾斜程度 木块重 G/N 斜面高度h/m 沿斜面拉力F/N 斜面长 s/m 有用功 W有/J (Gh) 总功 W总/J (Fs) 机械效率η 较缓 较陡 最陡 0.06 1.7 1.7 1.7 0.1 0.14 0.4 0.5 0.6 0.82 0.82 0.82 0.1 0.17 0.24 0.33 0.41 0.49 30 ％ 41％ 49 ％ 机械效率与倾斜程度的关系 斜面的粗糙程度一定，倾斜程度越大，机械效率越高. 实验记录： 实验结论： 探索新知 机械效率与斜面粗糙程度的关系 斜面材料 小车重力G/N 斜面高度 h/m 拉力 F/N 斜面长 s/m 有用功W有/J 总功W总/J 机械 效率η 木板 2 0.1 0.8 0.82 0.2 0.66 30.3 ％ 棉布 2 0.1 1.2 0.82 0.2 0.98 20.4 ％ 毛巾 2 0.1 1.6 0.82 0.2 1.32 15.2 ％ 斜面的倾斜程度一定，斜面越光滑，机械效率越高. 实验记录： 实验结论： 课堂小结 课堂小结 课堂练习 课堂练习 1. 用定滑轮匀速提升质量为20kg的物体，所用的拉力为220N，物体升高的高度为2m。求此过程中的有用功、总功和定滑轮的机械效率（g取10N/kg）. 课堂练习 2. 有一种重心在支点处的杠杆，它与转轴间的摩擦较小，因此机械效率很高。若用这种杠杆将质量为18kg的物体匀速提升50cm的过程中，杠杆的机械效率为90%，则提升该物体需要做多少总功（g取10N/kg）? 已知：m=18kg，h=50cm=0.5m， η=90%. 求： W总 解： G=mg=18kg ×10N/kg=180N W有用=Gh=180N ×0.5m=90J. 课堂练习 3. 如图所示是一种塔式起重机上的滑轮组。已知在匀速起吊600kg的物体时，滑轮组的机械效率是80%，g取10N/kg. ①使物体上升5m，所做的有用功是多少? ②使物体上升5m，所做的总功是多少? ③绳端的拉力F是多大? 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.1 $