第12章第4節(jié)+機械效率+創(chuàng)新實驗-滑輪組機械效率實驗-2024-2025學年人教版初中八年級物理下冊

人教版初中八年級物理第12章第4節(jié)機械效率創(chuàng)新實驗——滑輪組機械效率實驗使用教材本節(jié)實驗課內容選自人教版初中八年級物理教科書第12章第4節(jié)機械效率。實驗器材自制滑輪組機械效率實驗儀（拉力傳感器、電子顯示屏、可調減速電機、繞線裝置、帶刻度背板、底座等）。鐵架臺、滑輪組、米尺、鉤碼、測力計等。實驗創(chuàng)新要點/改進要點用電機代替人力，能更好的保證勻速提升滑輪組。（2）利用拉力傳感器加電子屏幕顯式的方式顯示細線受到的拉力，能夠更加精確和直觀。（3）可以通過調速電機控制物體上升速度，探究機械效率與速度之間的關系，進一步探究機械效率與功率之間的關系。（4）利用磁鐵可以吸附在動滑輪上，方便改變動滑輪的重力，從而探究滑輪組機械效率與動滑輪重力的關系。（5）電子拉力傳感器相比彈簧測力計讀書更加精確，可以探究摩擦力對滑輪組機械效率的影響。實驗原理/實驗設計思路在利用滑輪組提升物體的過程中，有用功是物體受到的拉力乘物體上升的距離，如果盡可能保持勻速直線運動，有用功的的大小也等于物體的重力乘上升的高度，額外功有克服繩重及摩擦還有動滑輪重力做的功，總功為繩子自由端的拉力乘繩子自由端移動的距離。額外功不方便測量，測量出有用功和總功，他們的比值就是滑輪組提升物體的機械效率。實驗教學目標通過滑輪組的組裝來培養(yǎng)學生的實驗操作能力、團隊協(xié)作技能力和溝通交流能力。通過實驗操作和物理量的測量來培養(yǎng)學生規(guī)范的實驗操作意識，同時深化物理概念的構建，加深對機械效率的理解。引導學生探究滑輪組的機械效率與哪些因素有關，培養(yǎng)學生發(fā)現問題、提出猜想、設計實驗探究、數據分析與處理、實驗結論的歸納、反思拓展等能力。實驗教學內容了解測量原理。學習滑輪組的組裝和使用。測量滑輪組的機械效率。探究影響滑輪組機械效率的因素。實驗教學過程了解測量原理通過觀察演示實驗用繩子直接提升物體（如圖1）和用滑輪組提升物體（如圖2）的異同，來了解有用功、額外功、總功的概率，從而了解本實驗的測量原理。 圖1圖2圖3學習滑輪組的組裝和使用示范及引導學生以小組為單位利用鐵架臺組裝滑輪組（如圖3），在組裝滑輪組的過程當中注意小組的配合，鍛煉小組的合作能力。測量滑輪組的機械效率利用組裝好的器材分別測量掛1、2、3個鉤碼時的機械效率，從而得到機械效率與提升物體重力的關系。次數G/Nh/mW有/JF/Ns/mW總/Jη10.50.050.0250.250.150.037567％210.050.050.450.150.067574%31.50.050.0750.60.150.0983%探究影響滑輪組機械效率的因素機械效率與物體上升高度的關系：將同一個物體先后提升不同的高度，計算每次的機械效率，算出來提升不同高度的機械效率都一樣，說明滑輪組的機械效率與提升物體高度沒有關系。圖4圖5圖6機械效率與動滑輪重力的關系利用磁鐵吸附在動滑輪上，從而改變動滑輪的重力，如圖7、8、9所示，提升相同的物體時，動滑輪越重，繩子自由端的拉力越大，三次的拉力分別為0.26N、0.28N、0.31N，通過分析和計算可得，提升相同的物體時，動滑輪越重，滑輪組的機械效率越低。圖7圖8圖9機械效率與速度之間的關系：利用調速電機改變電機拉動繩子的速度，發(fā)現速度快慢時，繩子拉力一樣，從而得出滑輪組的機械效率與拉繩子的速度沒有關系。機械效率與功率之間的關系根據實驗（3）可知，速度越大，電機拖動繩子的功率越大，但滑輪組的機械效率依然保持不變，說明滑輪組的機械效率和功率之間沒有關系。機械效率與摩擦力的關系：當掛著鉤碼靜止不動時，拉力為0.23N（如圖10），當勻速運動時，拉力為0.26N（如圖11），改變鉤碼個數。仍然發(fā)現勻速運動時的拉力大于靜止時的拉力，這就是繩和滑輪之間的摩擦力對實驗的影響。圖10圖11機械效率與繞線方式之間的關系當有2段繩子來分擔總重時，繩子拉力為0.37，如圖12所示， 圖12當有3段繩子來分擔總重時，繩子拉力為0.26，如圖13所示，圖13當有4段繩子來分擔總重時，繩子拉力為0.21，如圖14所示，圖14通過3次實驗，計算出的滑輪組機械效率不一樣，繩子段數越多時，機械效率越低，那是不是就說明滑輪組的機械效率和滑輪組的繞線方式有關？請同學們交流思考，如果忽略繩重及摩擦，把同一個物體用相同的滑輪組以不同的方式繞線提升相同的高度，那滑輪組的機械效率一樣嗎？通過分析可知，忽略繩重及摩擦時，有用功一樣，額外功一樣，都是把相同的動滑輪提升了相同的高度，那機械效率計算出來就應該一樣，從計算公式的分析角度也一樣。通過理論分析，當忽略忽略繩重及摩擦時，提升相同的物體，滑輪組的機械效率和繩子的繞線方式沒有關系，那是什么因素導致我們在實際實驗過程中繞線方式不一樣，機械效率也不一樣呢？應該是被我們忽略的因素，繩重及摩擦，繩子都一樣重，那應該是繩子和滑輪之間的摩擦造成的，滑輪組的繞線方式越復雜，就造成了滑輪和繩子之間的摩擦力越大，從而影響了最后的機械效率，這個實驗還是說明滑輪組的機械效率與繩和滑輪之間的摩擦有關。實驗效果評價通過探究滑輪組機械效率與物體重力之間的關系開展小組實驗，通過小組實驗培養(yǎng)學生的操作能力、團隊協(xié)作能力等，在小組實驗中，暴露出一部分學生動手能力差、合作意識差、目標意識差、規(guī)范操作意識差等問題，在后續(xù)的實驗教學中，還應繼續(xù)培養(yǎng)同學們各項能力。通過自制機械效率實驗儀，能夠較好的培養(yǎng)學生發(fā)現問題，解決問題的能力。通過自制機