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第十二章 第三节 机械效率
教材分析
新的物理课程标准要求“物理来源于生活、社会，最终服务于生活社会;注重科学探究，培养学生的科学探究意识和科学探究能力”，本节课从生活中的滑轮出发，通过演示实验引入有用功、额外功、总功的含义，这样的教学不仅有利于揭示有用功、额外功的实质，还会使学生对三个功有直观认识，在这一基础上，通过分析讨论，为引出机械效率概念奠定基础。最后通过探究滑轮组的机械效率这一实验，不仅激发学生的学习兴趣，而且增加学生的实践体验知道他们之间的关系
教学目标
（一）知识与技能
1．能结合实例分析什么是有用功、额外功和总功。
2．明确机械效率是描述做功效率的物理量。能利用机械效率的公式进行简单的计算。
3．能设计实验，测定某种简单机械的机械效率。
（二）过程与方法
1．通过探究使用动滑轮的特点，知道使用机械就要做额外功。
2．通过实验与讨论，认识提高机械效率的主要方法。
（三）情感态度与价值观
知道提高机械效率的实际意义和方法，有合理改进机械、提高效率的意识，增强将科学服务于人类的责任感。
重点难点
重点：机械效率的概念和有关计算。
难点：测量滑轮组的机械效率。
教法
有用功、额外功、总功的概念都是从具体实例和现象中分析归纳出来的，所以主要采用分析法。为了加深对有用功、额外功、总功的概念的理解，所以进行了滑轮组机械效率的探究，因此学习该知识点时采用小组合作及实验探究法，为了能够是不同学生在学习过程中都有所提高，体验学习的成功的，采用分层教学法
教学器材
多媒体设备、实物投影仪、动滑轮、钩码、铁架台、
弹簧测力计、刻度尺、细线等。
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
（5分钟）
1、“效率”谁能给大家解释一下？
2、机械帮助我们做功也会涉及效率问题，我们称为机械效率，要研究机械效率就要先研究使用机械效率做功的情况（板书课题）
小明家最近买了一处新楼房，家在三楼。想把洗手间、厨房装修一下，需把沙子运到三楼。请同学们根据需要，选择器械帮助小明家解决这个问题，看看哪个小组选的办法最好？
图1
如图1所示的三种方法供参考：第1种是人直接提着沙子上楼；第2种是把沙子放进桶里，人通过动滑轮把沙子拉上楼；第3种是把沙子放进质量较小的袋子里，人通过动滑轮把沙子拉上楼。
请学生发表自己的见解，提出各种方案。并对各个方案进行讨论，比较优缺点。
经过讨论明确第一种方法太不方便。第三种方法最好，因为它比第二种方法用的力小。提升相同高度做的功少。
即活跃了课堂气氛，又激发学生强烈的求知欲和竞争意识。
创设真实的情景，容易激发学生兴趣，顺利进入教学。
通过讨论，为下面学习有用功与额外功做好铺垫。
新课教学
（30分钟）
一、有用功和额外功
结合用动滑轮提升沙子，请同学们思考：
1．在把沙子从一楼运上三楼的过程中，每种方法中各对哪些物体做了功？
2．无论他采取哪种方法都必须做的功是他对什么做的功？
3．在几种不同的方法中他不愿做但又不得不做的功分别是什么？
板书：一般来说，机械对外所做的功为有用功，机械克服自身部件的重力和摩擦力所做的功为额外功，动力对机械所做的功为总功。
总功等于有用功与额外功之和。
指出：前面实验中，第三种方法最好，因为第三种方法做的额外功最少，总功最少。
讨论：不使用机械直接提升物体做的功，与使用机械提升物体做的功一样吗？（手拉绳做的功与动滑轮对沙子做的功相等吗？）
探究：使用动滑轮能省功吗？
1．设计实验方案：用手通过一只弹簧测力计拉一个动滑轮，沿竖直方向匀速缓慢提起重为G的钩码。
2．为了探究上述问题需要测量的物理量是：手对绳的拉力F、手移动的距离s、钩码的重力、钩码上升的高度h。
3．改变钩码的数量，重复上述测量。
4．设计表格，将实验数据填入表中。
次数
手的拉力F/N
手移动距离s/m
钩码重G/N
钩码上升高度h/m
1
2
3
5．分析实验数据：
（1）手拉绳所做的功与动滑轮拉钩码所做的功是否相等？
（2）哪一个做的功多一些？
（3）你认为产生这一现象的原因是什么？
进一步思考并回答。
边实验边填表。
分析实验误差，指出要使重物重一些，误差就会小一些。
（1）不相等
（2）手拉绳做的功多
（3）有摩擦，在提起重物时还要提起动滑轮。
进一步理解有用功和额外功。并会测量有用功和总功。
二、机械效率
工作中，我们总是希望额外功越少越好；也就是有用功在总功中所占的比例越大越好。在物理学中，用机械效率表示有用功在总功中所占的比例。它反映了机械的一种性能。
土
计算公式：
三者之间的关系：
注意：对于实际机械，由于总是有额外功存在，η＜1。
组织学生讨论：
1.机械效率有单位吗？
2．为什么机械效率没有大于1的？
3．用小数和百分数来表达机械效率，你认为那种表达更好？
通过多媒体展示例题：
1、利用如图2所示的滑轮组，在F=80N的拉力作用下,将一个重为180N的物体匀速举高1m，绳重、摩擦不计。
求：总功、有用功、额外功和滑轮组的机械效率。
图2
（1）组织学生分析、讨论、计算
（2）展示学生解题过程
（3）总结、评价
2、例题 起重机把质量0.5t的重物匀速提升了3m，而他的电动机所做的功是3.4×10j，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拉力与物体重力相等
F=G=mg=0.5x10kg×10N/Kg=5x10N
起重机提升重物所做的功是有用功
W有=Fh= 5x10N×3m=1.5x104J
电动机所做总功
W总=3.4×10J
因此起重机的机械效率
η==0.44=44％
提出问题：如何测量滑轮组的机械效率：
1．实验原理：
2．器材：刻度尺、钩码、弹簧测力计、铁架台、甲、乙两个滑轮组、长约2m的细绳。
3．步骤：
①用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格。
②分别记下钩码和弹簧测力计的位置。
③缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s，将这三个量填入表格。
④算出有用功W有用、总功 W总功、机械效率η并填入表格。
实验次数
G (N)
h(m)
W有用（J）
F (N)
s (m)
W总（J）
η
1
2
3
4
结论：
1．动滑轮重一定,物重越大，机械效率高。
2．物重一定，动滑轮越重，机械效率低。
讨论：如何提高滑轮组的机械效率？
讨论后得出：
提高滑轮组的机械效率的主要方法有：
尽可能地增加物重，
减小动滑轮重，
减轻绳重和滑轮转轴处的摩擦。
经过讨论回答：机械效率没有单位， 总小于1，用百分数表示。
意在练习机械效率公式的应用、使学生加深认识有用功、额外功和总功的概念。
学生动手实验
理论联系实际，培养学生将科学知识应用于日常生活和社会实践的意识。
锻炼分析实际问题的能力。
通过交流与合作，培养学生团结合作精神。
通过该例题的演算进一步让学生理解有用功和总功及机械效率，同时培养学生规范的解题习惯，提高学生的计算能力
拓展训练
我们利用斜面做功时，目的是把物体抬到一定高度处。我们不把它竖起提升，而是沿着斜面把它拉上去，这是为了省力。演示：请看这里，沿斜面拉物体时，什么是有用功？什么是总功？如何计算斜面的机械效率？
结论：在斜面的粗糙程度一定时，斜面的倾斜程度越大，斜面的机械效率越高；在斜面的倾斜程度一定时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越高。
斜面越省力，机械效率越低；
斜面越费力，机械效率越高。
克服物体重力所做的功是有用功，拉力所做的功是总功。
课堂小结
（5分钟）
让学生分组讨论，总结本节学到了什么知识，有哪些收获？
学生自己归纳总结，分小组发言，教师对学生归纳发言较好的给予表扬，并指出其中的不足。
让学生有表现自我的机会，并且发现学习过程中出现的问题。
板书设计
机械效率
一、有用功、额外功、总功
1有用功W有：我们所需要的功
2.额外功 W額：对于额外负担所不得不做的功。
3.总功 W总：有用功与额外功。
二、机械效率
1.机械效率：有用功与总功之比。
2.公式 ：
η是没有单位的物理量，小于1，常用百分数表示。
三、测量滑轮组的机械效率
1.实验原理
2.器材
3.步骤
四、斜面的机械效率
布置作业
课本88页3、4 优化设计12.3
教学反思
本节课中需教会学生如何去判断什么是有用功，什么是额外功？对于一件事情，只要目的不同，那么有用功就不一样。另外，在测量机械效率的实验中，注意一定要匀速竖直向上拉绳子，否则误差可能较大。
