人教版初中物理八年級(jí)下冊(cè)課時(shí)45 第十二章簡(jiǎn)單機(jī)械 第3節(jié)機(jī)械效率第一課時(shí) 教案

1課時(shí)一、學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、能結(jié)合實(shí)例分析什么是有用功、額外功和總功。2、能說(shuō)出機(jī)械效率的含義，知道機(jī)械效率是小于1的。3、能利用機(jī)械效率的公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。二、教學(xué)過(guò)程大家好，我是馮秀芬老師，歡迎進(jìn)入八年級(jí)人教版物理第十二章第三節(jié)機(jī)械效率第一課時(shí)。這是我們今天的學(xué)習(xí)目標(biāo)1、能結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析什么是有用功和總功。2、能說(shuō)出機(jī)械效率的含義，知道機(jī)械效率是小于1的。3、能利用機(jī)械效率的公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。1師：同學(xué)們，如果我們要把一個(gè)物體提升一定高度，可以怎么做？生1：直接拉上去。生２：利用杠桿。生３：利用滑輪。生４：利用滑輪組。生5：斜面。師：使用機(jī)械和直接拉上去，都可以把一個(gè)物體提升一定高度。直接提升物體做的功，與使用機(jī)械提升物體做的功是否相同呢？我們以動(dòng)滑輪為例，使用動(dòng)滑輪提升物體可以起到省力的作用，那么，使用動(dòng)滑輪能否同時(shí)省功？現(xiàn)在我們就來(lái)驗(yàn)證一下：使用動(dòng)滑輪是否省功？要驗(yàn)證這個(gè)問(wèn)題，我們要有比較，我們應(yīng)該對(duì)哪兩種情況進(jìn)行比較呢？生：使用動(dòng)滑輪勻速提升物體和直接勻速提升物體。師：對(duì)，我們要比較使用動(dòng)滑輪勻速提升物體和直接勻速提升物體這兩種情況，那么比較這兩種情況的時(shí)候，我們需要控制什么物理量不變？生：要控制兩次實(shí)驗(yàn)提升的是同一物體和提升物體的高度相同。師：對(duì)，我們要控制的是同一物體提升相同高度。那么，計(jì)算上面兩種情況做的功，需要測(cè)量什么物理量？生：需要測(cè)量人的拉力和拉力方向上移動(dòng)的距離。師：對(duì)。使用動(dòng)滑輪勻速提升物體要測(cè)量的是F和s，如圖1所示。直接勻速提升同一物體，要測(cè)量的是F’和h，如圖2所示。要測(cè)量F和F’,需要用什么儀器？生：需要用彈簧測(cè)力計(jì)。師：要測(cè)量s和h,需要用什么儀器？生：需要用刻度尺。師：因此，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的步驟是：2①用彈簧測(cè)力計(jì)并借助一個(gè)動(dòng)滑輪將物體勻速提升一定的高度，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。②用彈簧測(cè)力計(jì)將同樣的物體勻速提升相同的高度，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。師：大家回憶一下，我們有沒(méi)有測(cè)量過(guò)這兩種情況的這些數(shù)據(jù)呢？生：有。上一節(jié)我們就測(cè)量過(guò)這些數(shù)據(jù)。師：在上一節(jié)探究動(dòng)滑輪特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)中，我們得到了這些數(shù)據(jù)，如表格所示。師：根據(jù)表格提供的數(shù)據(jù)，請(qǐng)大家計(jì)算：使用動(dòng)滑輪時(shí)，拉力F所做的功。直接勻速提升物體時(shí)，F(xiàn)’做的功。師：讓我們一起來(lái)看一下：（1）使用動(dòng)滑輪時(shí)，拉力F做的功W1＝Ｆs＝0.6Ｎ×0.2m=0.12Ｊ（2）直接勻速提升物體時(shí)，F(xiàn)’做的功W2=F’h=1Ｎ×0.1m=0.1Ｊ31和圖F功W1大于輸出功W2，即F’做的功，所以使用動(dòng)滑輪不省功。若把同一物體提升同一高度，即輸出功W2一定時(shí)，我們肯定希望輸入功W12占輸入功W1越大，說(shuō)明機(jī)械效率越高，說(shuō)明達(dá)到同一目的，消耗總能量越少，起節(jié)能作用。其中，輸出功W2是不使用機(jī)械，F(xiàn)’做的功，叫有用功，用W有用表示。輸入功W1是使用機(jī)械，Ｆ做的功，叫總功，用W表示。機(jī)械效率就是有用功與總功的比值，用η表示。根據(jù)機(jī)械效率的定義，機(jī)械效率計(jì)算公式：WＷ總師：大家想想，為什么輸入功W1>輸出功W2？生：使用動(dòng)滑輪，動(dòng)滑輪所受重力以及摩擦等因素的影響，會(huì)導(dǎo)致額外多做了功。師：這部分功叫做額外功，用W額外表示。因此總功包括了有用功和額外功兩部分，所以額外功W額外＝W－W有用使用任何機(jī)械都不可避免地要做額外功，有用功總是小于總功，所以機(jī)械效率永遠(yuǎn)小于1，所以η<1，用百分?jǐn)?shù)表示。功，現(xiàn)在我們計(jì)算一下動(dòng)滑輪的機(jī)械效率吧。動(dòng)滑輪的機(jī)械效率就是有用功和總功的比值，等于0.049J除以0.1764J，約等于27.78％。4師：現(xiàn)在我們來(lái)歸納一下：什么是有用功？生：有用功是直接對(duì)重物所做的功。師：也就是F’做的功師：什么是總功？生：總功是使用機(jī)械，人拉力做的功。師：也就是F做的功師：怎么計(jì)算額外功？生：額外功W額外＝W總－W有用師：什么是機(jī)械效率？生：機(jī)械效率是有用功與總功的比值。師：現(xiàn)在請(qǐng)大家一起來(lái)完成這道題：現(xiàn)在我們來(lái)看看其中1個(gè)同學(xué)的做題情況。很明顯這個(gè)同學(xué)做到后面，出現(xiàn)了些問(wèn)題，請(qǐng)1個(gè)同學(xué)來(lái)幫他解決一下，指出他做題過(guò)程中出現(xiàn)了什么問(wèn)題？5生：總功應(yīng)該是F做的功，應(yīng)該是F乘以F方向上的距離，這個(gè)距離不等于h,應(yīng)該等于2h，也就是說(shuō)s=2h=2×2m=4m所以總功W總=Fs=50N×4m=200J動(dòng)滑輪的機(jī)械效率WW總160J200J％動(dòng)滑輪的額外功W額外＝W－W有用=200J-160J=40J師：這個(gè)同學(xué)找到了問(wèn)題所在。如圖所示，總功應(yīng)該是F做的功，應(yīng)該是F乘以F方向上的距離根據(jù)上節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，s=2h=2×2m=4mF方向上的距離的計(jì)算錯(cuò)誤，導(dǎo)致了后面總功、機(jī)械效率和額外功計(jì)算錯(cuò)誤。下面是正確答案，請(qǐng)同學(xué)們一定要注意：物體上升高度和拉力F方向上移動(dòng)距離s的關(guān)系。我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了動(dòng)滑輪的機(jī)械效率，上一節(jié)課我們還學(xué)習(xí)了滑輪組，大家還記得嗎？請(qǐng)大家回憶一下，滑輪組有幾種繞法？第一種:如圖3所示，第二種:如圖4所示。根據(jù)剛才學(xué)習(xí)的有用功、總功和機(jī)械效率的概念，請(qǐng)大家思考一下，怎么計(jì)算滑輪組的機(jī)械效率呢？由于圖3和圖4兩種情況計(jì)算機(jī)械效率的方法類(lèi)似，所以這里我們只分析圖3的情況，請(qǐng)找1個(gè)同學(xué)回答。生：要計(jì)算滑輪組的機(jī)械效率，先要計(jì)算有用力和總功那么，滑輪組的有用功是什么？6生：使用了滑輪組，有用功應(yīng)該是直接拉物體做的功即F做的功那么，滑輪組的總功是什么？生：總功應(yīng)該還是使用了滑輪組，人拉力做的功即F做的功。分清楚了什么是有用功和總功，根據(jù)公式就可以計(jì)算機(jī)械效率了。現(xiàn)在我們代入具體的情景一起來(lái)計(jì)算一下滑輪組的機(jī)械效率吧利用滑輪組提升物體，如圖3所示，物重120N，繩子自由端的拉力為50N，使物體勻速上升2m。求：（1）滑輪組提升重物做的有用功；（2）滑輪組提升重物做的總功；（3）滑輪組提升重物做的額外功；（4）滑輪組的機(jī)械效率?，F(xiàn)在我們來(lái)看看其中1個(gè)同學(xué)的做題情況。大家覺(jué)得他做得對(duì)嗎？我們一起來(lái)分析一下F物和重力G所以F應(yīng)該等于物重，等于120N，而不是50N總功是使用滑輪組，F(xiàn)做的功，所以應(yīng)該等于F乘以F方向上的距離s,根據(jù)F方向上移動(dòng)距離與物體高度的關(guān)系，此時(shí)s應(yīng)該等于3h，等于6m,額外功和機(jī)械效率的計(jì)算方法沒(méi)錯(cuò)，但計(jì)算結(jié)果錯(cuò)了。正確答案如下面所示：物體勻速上升，F(xiàn)物=120N，有用功=F物h=120N×2m=240J在F方向上移動(dòng)的距離s=3h=3×2m=6m，7總功=Fs=50N×6m=300J額外功=W-W有用=300J-240J=60JW240J滑輪組的機(jī)械效率％W300J總大家一定要認(rèn)真理解有用功和總功的概念，分析清楚后再進(jìn)行答題。師：使用滑輪也可以水平拉動(dòng)物體，此時(shí)滑輪的有用功、總功、額外功和機(jī)械效率分別是多少呢？讓我們一起來(lái)計(jì)算一下吧。此時(shí)物體受到的摩擦力為f。此過(guò)程（1）滑輪有用功是多少？（2）總功是多少？（3）額外功是多少？（4）機(jī)械效率是多少？現(xiàn)在我們來(lái)看看其中1個(gè)同學(xué)的做題情況。大家覺(jué)得他做對(duì)了嗎，請(qǐng)找個(gè)同學(xué)說(shuō)一說(shuō)？等于120N，所以有用功W有用=F’h=120N×2m=240J總功是使用滑輪組，F(xiàn)做的功，所以應(yīng)該等于F乘以F方向上的距離s,此時(shí)s應(yīng)該等于3h，等于6m,所以總功W總=Fs=50N×6m=300J額外功和機(jī)械效率的計(jì)算方法沒(méi)錯(cuò)，但計(jì)算結(jié)果錯(cuò)了。師：這位同學(xué)講得非常好。其實(shí)使用滑輪水平拉動(dòng)物體，和豎直方向拉動(dòng)物體時(shí)，計(jì)算有用功和總功的方法都是一樣的。動(dòng)滑輪的有用功W有用＝Ｆ物ｓ，但是這里的Ｆ物是不是等于物體的重

力呢？由于物體沿地面勻速前進(jìn)，根據(jù)受力分析，很明顯物體受到拉力不等于物體的重力，應(yīng)該等于物體受到的摩擦力，所以正確的答案應(yīng)該如下面所示。我們要注意，分析問(wèn)題不要死記硬背，應(yīng)該根據(jù)具體問(wèn)題具體分析。8師：今天我們學(xué)習(xí)了什么內(nèi)容呢？我們一起來(lái)回顧一下吧一、有用功、總功和額外功它們之間的關(guān)系W額外＝W－W有用W二、機(jī)械效率：W總機(jī)械效率永遠(yuǎn)小于1，且用百分?jǐn)?shù)表示。各位同學(xué)，我們今天就學(xué)習(xí)到這里，謝謝大家同學(xué)們，大家好，我是馮秀芬老師。9歡迎進(jìn)入第三節(jié)機(jī)械效率第一課時(shí)答疑環(huán)節(jié)。師：學(xué)完今天的內(nèi)容，你一定有所收獲吧?課上已經(jīng)介紹了使用滑輪水平拉物體時(shí)，如何計(jì)算機(jī)械效率，那么使用滑輪組水平拉物體，滑輪組機(jī)械效率又會(huì)是多少？我們一起來(lái)思考下面這道題吧不使用滑輪組，對(duì)箱子的拉力Ｆ1所做的功是有用功，根據(jù)受力分析，Ｆ1=120N，箱子在Ｆ1方向下移動(dòng)的距離s=3mW=Ｆ1s=120N×3m=360JＦ2所做的功是總功，Ｆ2=50N，繩子移動(dòng)的距離s’=3s=3×3m=9mW=Ｆ2s’=50N×9m=450JWＷ總＝Ｊ％W額外=W-W有用＝450Ｊ-360Ｊ=90Ｊ所以此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率是80％額外功是90J10（1）圖中測(cè)力計(jì)示數(shù)為_(kāi)___N.1中滑輪組提升的物體越輕，機(jī)械效率越高”.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)其猜測(cè)，并填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告.①實(shí)驗(yàn)?zāi)康模篲________________②③____________師：首先，我們來(lái)看圖中測(cè)力計(jì)示數(shù)為1.2N。針對(duì)小明猜測(cè)，檢驗(yàn)其猜測(cè)，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，所以實(shí)驗(yàn)?zāi)康膽?yīng)該是：驗(yàn)證滑輪組提升的物體越輕，機(jī)械效率越高根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，我們要研究的是機(jī)械效率，所以先要計(jì)算出滑輪組的機(jī)械效率W根據(jù)公式，所以要計(jì)算滑輪組的機(jī)械效率，必須先計(jì)算出滑輪組的有用Ｗ總功和總功，當(dāng)物體勻速提升一定高度根據(jù)受力分析，F(xiàn)等于鉤碼重力G，所以，滑輪組的有用功=F物h=Gh繩子自由端移動(dòng)距離s=3h11不使用滑輪組，對(duì)箱子