《第十二章 第3節(jié) 機(jī)械效率》教案（附同步練習(xí)）

《第十二章第3節(jié)機(jī)械效率》教案（一）第1課時認(rèn)識機(jī)械效率【教學(xué)目標(biāo)】知識與技能1．知道有用功、額外功、總功的含義，知道三者之間的關(guān)系。2．知道機(jī)械效率的概念，能結(jié)合具體實(shí)例認(rèn)識什么是有用功、額外功、總功，會計算機(jī)械效率。過程與方法經(jīng)歷探究滑輪組機(jī)械效率的過程。情感、態(tài)度與價值觀1．通過探究活動增強(qiáng)與其他同學(xué)合作的意識，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。2．在分析問題、解決問題的同時，體會成功的喜悅，激發(fā)探索科學(xué)的求知欲。3．關(guān)注生產(chǎn)、生活中的各種機(jī)械的機(jī)械效率，具有用機(jī)械效率來評價機(jī)械的意識。【教學(xué)重點(diǎn)】1．理解機(jī)械效率。2．探究滑輪組的機(jī)械效率?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】理解機(jī)械效率?！窘叹邷?zhǔn)備】多媒體課件等?！窘虒W(xué)過程】一、情景引入小明家最近買了一套新房，家在三樓。想把洗手間、廚房裝修一下，需把沙子運(yùn)到三樓。請同學(xué)們根據(jù)需要，選擇機(jī)械幫助小明家解決這個問題，看看哪個小組的辦法最好？如圖所示的三種方法可供參考：第1種是人直接提著沙子上樓；第2種是把沙子放進(jìn)桶里，人通過動滑輪把沙子拉上樓；第3種是把沙子放進(jìn)質(zhì)量較小的袋子里，人通過動滑輪把沙子拉上樓。請學(xué)生發(fā)表自己的見解，提出各種方案。并對各個方案進(jìn)行討論，比較優(yōu)缺點(diǎn)。二、新課教學(xué)探究點(diǎn)一：有用功、額外功和總功結(jié)合用動滑輪提升沙子，請同學(xué)們觀看提沙子過程的視頻。思考：(1)在把沙子從一樓運(yùn)上三樓的過程中，每種方法中各對哪些物體做了功？(2)無論他采取哪種方法都必須做的功是他對什么做的功？(3)在幾種不同的方法中他不愿做但又不得不做的功分別是什么？板書：一般來說，必須要做的功為有用功，克服機(jī)械自身部件的重力和摩擦力不得不做的功為額外功，有用功和額外功之和為總功。指出：前面實(shí)驗(yàn)中，第三種方法最好，因?yàn)榈谌N方法做的額外功最少，總功最少。探究點(diǎn)二：機(jī)械效率工作中，我們總是希望額外功越少越好，也就是有用功在總功中所占的比例越大越好。在物理學(xué)中，用機(jī)械效率表示有用功在總功中所占的比例。機(jī)械效率＝eq\f(有用功,總功)×100%計算公式：η＝eq\f(W有用,W總)×100%注意：對于實(shí)際機(jī)械，由于總是有額外功存在，一定有η＜1。組織學(xué)生討論：(1)機(jī)械效率有單位嗎？(2)為什么機(jī)械效率沒有大于1的？(3)用小數(shù)和百分?jǐn)?shù)來表示機(jī)械效率，你認(rèn)為哪種表達(dá)更好？學(xué)生經(jīng)過討論回答：機(jī)械效率沒有單位，總小于1，用百分?jǐn)?shù)表示更好。多媒體展示例題：利用如圖所示的滑輪組，在F＝80N的拉力作用下，將一個重為180N的物體勻速提高1m，繩重、摩擦不計。求：總功、有用功、額外功和滑輪組的機(jī)械效率。(1)組織學(xué)生分析、討論、計算；(2)展示學(xué)生解題過程；(3)總結(jié)、評價?！景鍟O(shè)計】第3節(jié)機(jī)械效率第1課時認(rèn)識機(jī)械效率1．有用功、額外功、總功：(1)有用功：為達(dá)到目的必須要做的功(2)額外功：我們不需要但是又不得不做的功(3)總功：有用功和額外功的總和W總＝W有＋W額2．機(jī)械效率：(1)有用功與總功的比值叫作機(jī)械效率(2)η＝eq\f(W有,W總)×100%常用百分?jǐn)?shù)表示，η<1【教學(xué)反思】《機(jī)械效率》一節(jié)主要講述有用功、額外功、總功和機(jī)械效率等方面的內(nèi)容。前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了功的基本概念，而引入這些物理概念的目的就在于要研究機(jī)械做功的問題。一談到機(jī)械做功就不得不談到機(jī)械效率的問題，所以這節(jié)課將更多地與我們的實(shí)際生活相聯(lián)系。在上課時注重與生活實(shí)際相聯(lián)系，讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)，明確機(jī)械的使用就是為了代替人力做功，鼓勵學(xué)生認(rèn)真了解和認(rèn)識身邊的機(jī)械，而且在教學(xué)過程中讓學(xué)生自己動手探究滑輪組的機(jī)械效率，調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和主動性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。第2課時測量機(jī)械效率【教學(xué)目標(biāo)】知識與技能1．通過實(shí)驗(yàn)了解滑輪組機(jī)械效率的高低與物體重力的大小有關(guān)，知道提高機(jī)械效率的方法。2．理解提高機(jī)械效率的意義。過程與方法1．通過探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生擬定簡單的科學(xué)探究計劃和實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案的能力。2．從生活實(shí)際出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生探究物理學(xué)的有關(guān)知識，深入認(rèn)識事物的能力。情感、態(tài)度與價值觀1．關(guān)注生產(chǎn)、生活中各種機(jī)械的機(jī)械效率，具有用機(jī)械效率來評價機(jī)械的意識。2．在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行充分的交流與合作，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、實(shí)事求是、尊重實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)態(tài)度和團(tuán)結(jié)協(xié)作的科學(xué)精神?！窘虒W(xué)重、難點(diǎn)】1．在實(shí)例中有用功、額外功、總功的確定，對影響機(jī)械效率的因素的理解。2．分析得出提高滑輪組機(jī)械效率的方法。【教具準(zhǔn)備】刻度尺、鉤碼、彈簧秤、滑輪組兩個、鐵架臺、長約2m的細(xì)繩、斜面、小木塊、棉布、毛巾、彈簧測力計、刻度尺、鐵架臺等?！窘虒W(xué)過程】一、問題引入復(fù)習(xí)回顧上節(jié)課所學(xué)的知識。老師提出問題：滑輪組的機(jī)械效率總是一定的嗎？機(jī)械效率與哪些因素有關(guān)？如何才能提高滑輪的機(jī)械效率？讓學(xué)生們思考、討論，提出各自的猜想。現(xiàn)在通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證一下同學(xué)們的猜想是否正確。二、新課教學(xué)探究點(diǎn)：測量機(jī)械效率1．如何測量滑輪組的機(jī)械效率：(1)實(shí)驗(yàn)原理：η＝eq\f(W有用,W總)×100%＝eq\f(Gh,Fs)×100%(2)器材：刻度尺、鉤碼、彈簧測力計、鐵架臺、甲、乙兩個滑輪組、長約2m的細(xì)繩。(3)步驟：①用彈簧測力計測量鉤碼所受的重力G并填入表格。②分別記下鉤碼和彈簧測力計的位置。③緩慢拉動彈簧測力計，使鉤碼升高，讀出拉力F的值，用刻度尺測出鉤碼上升的高度h和彈簧測力計移動的距離s，將這三個量填入表格。④算出有用功W有用、總功W總、機(jī)械效率η并填入表格。實(shí)驗(yàn)次數(shù)G(N)h(m)W有用(J)F(N)s(m)W總(J)η1234(4)結(jié)論：①動滑輪重一定，物重越大，機(jī)械效率越高。②物重一定，動滑輪越重，機(jī)械效率越低。討論：如何提高滑輪組的機(jī)械效率？學(xué)生討論后得出：提高滑輪組的機(jī)械效率的主要方法有：盡可能地增加物重；減小動滑輪重；減輕繩重和滑輪轉(zhuǎn)軸處的摩擦。2．如何測量斜面的機(jī)械效率：(1)猜想：①斜面的機(jī)械效率可能和斜面的傾斜程度有關(guān)；②斜面的機(jī)械效率可能和斜面的粗糙程度有關(guān)。(2)實(shí)驗(yàn)器材：斜面、小木塊、棉布、毛巾、彈簧測力計、刻度尺、鐵架臺。(3)實(shí)驗(yàn)步驟：①測量小木塊的重量，記錄數(shù)據(jù)；②把小木塊用彈簧秤沿斜面勻速向上拉，分別記錄拉力F、木塊沿斜面移動的距離s、木塊上升的高度h；③改變斜面的傾斜程度，重復(fù)步驟②；④改變斜面的粗糙程度，分別鋪上棉布、毛巾，重復(fù)步驟②。注意事項(xiàng)：①要勻速拉動物體；②拉力要與斜面平行；③及時記錄數(shù)據(jù)。(4)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下表：結(jié)論：斜面越陡，越不省力，機(jī)械效率越高。斜面的傾斜程度相同斜面越光滑，機(jī)械效率越高。斜面的機(jī)械效率：η＝eq\f(W有,W總)＝eq\f(Gh),\s\do5(Fs))。【板書設(shè)計】第3節(jié)機(jī)械效率第2課時測量機(jī)械效率【教學(xué)反思】本節(jié)主要講述有用功、額外功、總功與機(jī)械效率等方面的內(nèi)容。初學(xué)“機(jī)械效率”，往往對這些概念陌生難懂，思維不通、前后矛盾，甚至分析實(shí)際問題中把有用功、額外功、總功弄混淆。想要學(xué)生理解機(jī)械效率的物理含義以及計算機(jī)械效率，就必須使學(xué)生分清楚哪部分功是有用功，哪部分功是額外功，或者哪個力做的功是有用功，哪個力做的功是額外功，哪個力做的功是總功。機(jī)械做功以及機(jī)械效率與實(shí)際生活聯(lián)系比較密切，從學(xué)生熟悉的實(shí)例出發(fā)，本節(jié)課教學(xué)設(shè)計應(yīng)當(dāng)注重更多地和生活實(shí)際相聯(lián)系，調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和主動性。教學(xué)設(shè)計注意體現(xiàn)物理學(xué)的價值，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、解決實(shí)際問題的能力，在教與學(xué)過程中促進(jìn)學(xué)生科學(xué)的價值觀和世界觀的形成。《第十二章第3節(jié)機(jī)械效率》教案（二）【教學(xué)目標(biāo)】：1．知識和技能（1）了解什么是有用功、額外功和總功。（2）理解什么是機(jī)械效率。2．過程與方法通過參與探究斜面機(jī)械效率的活動，學(xué)習(xí)擬定簡單的科學(xué)探究計劃和實(shí)驗(yàn)方案。3．情感、態(tài)度與價值觀在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)合作精神，養(yǎng)成實(shí)事求是、尊重實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)態(tài)度?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】：知道有用功、額外功和總功，理解機(jī)構(gòu)效率。探究斜面的機(jī)械效率。【教學(xué)難點(diǎn)】：測量簡單機(jī)械的機(jī)械效率?！窘虒W(xué)準(zhǔn)備】：彈簧秤、小車、長木板、鐵架臺?！窘虒W(xué)過程：】一、引入新課：1．引導(dǎo)：生活中我們常常會遇到“效率”這個詞，例如學(xué)習(xí)效率、工作效率等。利用機(jī)械幫我們完成任務(wù)，也會涉及效率問題。展示人提啥子做功的圖片。圖片中的各種方法都能把沙子運(yùn)到樓上，同學(xué)們由此可以提出什么問題？［總共做了多少功？克服沙子重力做多少功？各種方法做功是否同樣多等問題。］2．引入課題：機(jī)械效率。二、新課教學(xué)：（一）機(jī)械效率1．組織討論。找出各種方法中的共同點(diǎn)和不同之處。［用不同方法，人所做的功不完全相同，但克服沙子重力所做的功是相同的。］2．能區(qū)分有用功、額外功和總功的含義了嗎？人對沙子所做的功是對我們有用的功，叫做有用功。對桶、口袋所做的功是非我們需要但又不得不額外所做的功，叫做額外功。有用功和額外功之和叫做總功。分析：使用任何機(jī)械都不可避免地要做額外功，即有用功始終都要小于總功。3．機(jī)械效率：有用功跟總功的比值叫做機(jī)械效率。機(jī)械效率的公式：有用功－W有用，總功－W總，機(jī)械效率－η提出問題：機(jī)械效率可以大于100%嗎？分析得出：使用機(jī)械時會不得不做一些額外功，所以機(jī)械效率必然小于100%。例題：起重機(jī)把質(zhì)量為0.6t的重物勻速提升了3m，而它的電動機(jī)所做的功是3.4×104J，起重機(jī)的機(jī)械效率是多少？三、測量滑輪組的機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)器材：彈簧測力計、刻度尺、鐵架臺、滑輪、細(xì)線、鉤碼。注意事項(xiàng)：豎直向上，緩慢拉動測力計。實(shí)驗(yàn)1保持動滑輪重一定，改變鉤碼重力。G/Nh/mF/Ns/mW有/JW總/J123結(jié)論：動滑輪重一定,物重越大，機(jī)械效率越高。實(shí)驗(yàn)2保持鉤碼重力一定，改變動滑輪重。結(jié)論：物重一定，動滑輪越重，機(jī)械效率低。四、斜面的機(jī)械效率1．閱讀“斜面的機(jī)械效率”。了解實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)過程。2．設(shè)計簡單的實(shí)驗(yàn)報告和記錄表格。3．完成實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)報告?！景鍟O(shè)計】：第3節(jié)機(jī)械效率1．有用功：我們所需要的功額外功：對于額外負(fù)擔(dān)所不得不做的功?？偣Γ河杏霉εc額外功。2．機(jī)械效率：有用功與總功之比。公式，沒有單位，小于1，常用百分?jǐn)?shù)表示。3．測量滑輪組的機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)原理、器材、注意事項(xiàng)4．探究：斜面的機(jī)械效率提出問題、猜想、設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論、評估?！兜?節(jié)機(jī)械效率》同步練習(xí)1．一個滑輪組經(jīng)改進(jìn)后提高了機(jī)械效率，用它將同一物體勻速提升同樣的高度，改進(jìn)后與改進(jìn)前相比 (D)A．有用功減少，總功減少B．有用功增加，總功增加C．有用功不變，總功不變D．有用功不變，總功減少【解析】任何機(jī)械都不能省功，因此有用功不變，A、B排除；機(jī)械效率為有用功和總功的比值，有用功不變，機(jī)械效率增大，則總功減小。所以D正確。2．下列說法正確的是 (C)A．機(jī)械的效率越高，做功一定越多B．機(jī)械效率低的機(jī)械做功少C．使用任何簡單機(jī)械都不省功D．提高滑輪組的機(jī)械效率的辦法是增加滑輪的個數(shù)圖12－3－73．如圖12－3－7所示，不計摩擦，把重G＝16N的物體勻速提起所用的拉力F＝10N，則關(guān)于該動滑輪的說法中，錯誤的是 圖12－3－7A．動滑輪重4NB．使該用動滑輪要費(fèi)距離C．該動滑輪的機(jī)械效率為80%D．提升物體的速度越快，機(jī)械效率越高【解析】根據(jù)F＝eq\f(1,2)(G物＋G動)得G動＝2F－G物＝2×10N－16N＝4N，所以A正確。動滑輪可以省一半的力，但費(fèi)距離，所以B正確。η＝eq\f(W有用,W總)×100%＝eq\f(Gh,Fs)×100%＝eq\f(16N×h,10N×2h)×100%＝80%，所以C正確。提升物體的速度快，則做功快，功率大，但效率不變，所以D錯誤。4．某實(shí)驗(yàn)小組分別用如圖12－3－8所示的甲、乙兩個滑輪組(每個滑輪重相同)勻速提起相同的重物。不計繩重及摩擦，下列說法正確的是 (C)圖12－3－8A．甲圖省力，機(jī)械效率甲圖大B．甲圖省力，機(jī)械效率一樣大C．乙圖省力，機(jī)械效率一樣大D．乙圖省力，機(jī)械效率乙圖大【解析】不計繩重及摩擦，∵拉力F＝eq\f(1,n)(G物＋G輪)，n1＝2，n2＝3，∴繩子受的拉力：F1＝eq\f(1,2)(G物＋G輪)，F(xiàn)2＝eq\f(1,3)(G物＋G輪)，∴F1＞F2，乙圖省力；∵動滑輪重相同，提升的物體重和高度相同，W額＝G輪h，W有用＝G物h，∴利用滑輪組做的有用功相同、額外功相同，則總功相同，∵η＝eq\f(W有用,W總)，∴滑輪組的機(jī)械效率相同。圖12－3－95．如圖12－3－9所示，利用輕質(zhì)滑輪組勻速拉動水平地面上重為300N的物體，拉力F的大小為30N。若物體和地面之間的摩擦力大小為45N，則A處的拉力大小和滑輪組的機(jī)械效率分別為圖12－3－9A．45N、50%B．45N、75%C．60N、50%D．60N、75%【解析】①物體在水平地面上做勻速運(yùn)動，則此時A處繩子的拉力與物體與地面之間的摩擦力是一對平衡力，∵物體和地面之間摩擦力為f＝45N，∴A處的拉力大小為FA＝f＝45N。②從圖可知，由2段繩子與動滑輪相連，則s＝2s物，∵F＝30N，f＝45N，∴滑輪組的機(jī)械效率為：η＝eq\f(W有用,W總)＝eq\f(fs物,×F2s物)＝eq\f(f,2F)＝eq\f(45N,2×30N)×100%＝75%。圖12－3－106．如圖12－3－10所示，工人師傅用250N的力將重400N的物體勻速提升1m圖12－3－10A．80%B．62.5%C．125%D．20%7．如圖12－3－11所示，用滑輪組提升重物時，重800N的物體在10s內(nèi)勻速上升了1m，已知拉繩子的力F為500N，則提升重物的過程中 (A)A．做的有用功是800JB．拉力F的功率是80WC．繩子自由端被拉下3m圖12－3－11圖12－3－118．如圖12－3－12所示，工人用250N的力F將重為400N的物體10s內(nèi)勻速提升2m，在此過程中，滑輪組的機(jī)械效率為__80__%__，拉力的功率為__100__W圖12－3－129．用相同的滑輪和繩子分別組成如圖12－3－13所示的甲、乙兩個滑輪組，把相同的物體提升相同的高度，在不計繩重及機(jī)械摩擦的情況下，甲所用的拉力__大于__乙所用的拉力；甲滑輪組的效率__等于__乙滑輪組的效率。(均填“大于”、“小于”或“等于”)圖12－3－13圖12－3－1410．小雪用三個質(zhì)量相同的滑輪組成如圖12－3－14所示的滑輪組，將重為120N的物體勻速提高了4m，若機(jī)械效率為80%，不計繩重及摩擦，則每個滑輪重為__30__N11．如圖12－3－15所示，工人利用滑輪組將沙子從地面提升到距地面6m高的三樓，沙子的質(zhì)量為50kg，裝沙子的桶的質(zhì)量為8kg，動滑輪的質(zhì)量為2kg，工人勻速拉繩子的力為300N。(忽略摩擦和繩重，g(1)工人做的總功。(2)工人做的額外功。圖12－3－15解：(1)由圖知，n＝2，拉力端移動的距離s＝2×6m＝12拉力做功：W總＝Fs＝300N×12m＝3600J；(2)∵忽略摩擦和繩重∴W額＝(G桶＋G動)h＝(m桶＋m動)gh＝(8kg＋2kg)×10N/kg×6m＝600J12．在“測定動滑輪機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，小明用如圖12－3－16所示的動滑輪提升鉤碼，改變鉤碼的數(shù)量，正確操作，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：實(shí)驗(yàn)序號鉤碼重鉤碼上升高度h/cm拉力F/N繩端移動的距離s/cm①1.020.00.740.0②2.020.01.240.0③3.020.01.740.0圖12－3－16(1)實(shí)驗(yàn)時，用手__勻速__拉動彈簧測力計，使掛圖在動滑輪下的鉤碼緩緩上升。(2)第①次實(shí)驗(yàn)時，測得動滑輪的機(jī)械效率為__71.4__%__。(3)第③次實(shí)驗(yàn)時，鉤碼上升的速度為0.05m/s，則拉力的功率為__0.17__W(4)由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，同一動滑輪，所提升物重增大，機(jī)械效率將__增大__(填“增大”、“減小”或“不