《第十二章 第3节 机械效率》教案（附同步练习）

《第十二章第3节机械效率》教案（一）第1课时认识机械效率【教学目标】知识与技能1．知道有用功、额外功、总功的含义，知道三者之间的关系。2．知道机械效率的概念，能结合具体实例认识什么是有用功、额外功、总功，会计算机械效率。过程与方法经历探究滑轮组机械效率的过程。情感、态度与价值观1．通过探究活动增强与其他同学合作的意识，培养学生严谨的科学态度。2．在分析问题、解决问题的同时，体会成功的喜悦，激发探索科学的求知欲。3．关注生产、生活中的各种机械的机械效率，具有用机械效率来评价机械的意识。【教学重点】1．理解机械效率。2．探究滑轮组的机械效率。【教学难点】理解机械效率。【教具准备】多媒体课件等。【教学过程】一、情景引入小明家最近买了一套新房，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，选择机械帮助小明家解决这个问题，看看哪个小组的办法最好？如图所示的三种方法可供参考：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。二、新课教学探究点一：有用功、额外功和总功结合用动滑轮提升沙子，请同学们观看提沙子过程的视频。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，必须要做的功为有用功，克服机械自身部件的重力和摩擦力不得不做的功为额外功，有用功和额外功之和为总功。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。探究点二：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。机械效率＝eq\f(有用功,总功)×100%计算公式：η＝eq\f(W有用,W总)×100%注意：对于实际机械，由于总是有额外功存在，一定有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示机械效率，你认为哪种表达更好？学生经过讨论回答：机械效率没有单位，总小于1，用百分数表示更好。多媒体展示例题：利用如图所示的滑轮组，在F＝80N的拉力作用下，将一个重为180N的物体匀速提高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。(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。【板书设计】第3节机械效率第1课时认识机械效率1．有用功、额外功、总功：(1)有用功：为达到目的必须要做的功(2)额外功：我们不需要但是又不得不做的功(3)总功：有用功和额外功的总和W总＝W有＋W额2．机械效率：(1)有用功与总功的比值叫作机械效率(2)η＝eq\f(W有,W总)×100%常用百分数表示，η<1【教学反思】《机械效率》一节主要讲述有用功、额外功、总功和机械效率等方面的内容。前面我们已经学习了功的基本概念，而引入这些物理概念的目的就在于要研究机械做功的问题。一谈到机械做功就不得不谈到机械效率的问题，所以这节课将更多地与我们的实际生活相联系。在上课时注重与生活实际相联系，让学生通过学习，明确机械的使用就是为了代替人力做功，鼓励学生认真了解和认识身边的机械，而且在教学过程中让学生自己动手探究滑轮组的机械效率，调动了学生自主学习的积极性和主动性，激发了学生学习的积极性。第2课时测量机械效率【教学目标】知识与技能1．通过实验了解滑轮组机械效率的高低与物体重力的大小有关，知道提高机械效率的方法。2．理解提高机械效率的意义。过程与方法1．通过探究实验，培养学生拟定简单的科学探究计划和实施实验方案的能力。2．从生活实际出发，培养学生探究物理学的有关知识，深入认识事物的能力。情感、态度与价值观1．关注生产、生活中各种机械的机械效率，具有用机械效率来评价机械的意识。2．在实验中进行充分的交流与合作，培养学生严谨求实、实事求是、尊重实验结果的科学态度和团结协作的科学精神。【教学重、难点】1．在实例中有用功、额外功、总功的确定，对影响机械效率的因素的理解。2．分析得出提高滑轮组机械效率的方法。【教具准备】刻度尺、钩码、弹簧秤、滑轮组两个、铁架台、长约2m的细绳、斜面、小木块、棉布、毛巾、弹簧测力计、刻度尺、铁架台等。【教学过程】一、问题引入复习回顾上节课所学的知识。老师提出问题：滑轮组的机械效率总是一定的吗？机械效率与哪些因素有关？如何才能提高滑轮的机械效率？让学生们思考、讨论，提出各自的猜想。现在通过实验来验证一下同学们的猜想是否正确。二、新课教学探究点：测量机械效率1．如何测量滑轮组的机械效率：(1)实验原理：η＝eq\f(W有用,W总)×100%＝eq\f(Gh,Fs)×100%(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的值，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、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)η1234(4)结论：①动滑轮重一定，物重越大，机械效率越高。②物重一定，动滑轮越重，机械效率越低。讨论：如何提高滑轮组的机械效率？学生讨论后得出：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。2．如何测量斜面的机械效率：(1)猜想：①斜面的机械效率可能和斜面的倾斜程度有关；②斜面的机械效率可能和斜面的粗糙程度有关。(2)实验器材：斜面、小木块、棉布、毛巾、弹簧测力计、刻度尺、铁架台。(3)实验步骤：①测量小木块的重量，记录数据；②把小木块用弹簧秤沿斜面匀速向上拉，分别记录拉力F、木块沿斜面移动的距离s、木块上升的高度h；③改变斜面的倾斜程度，重复步骤②；④改变斜面的粗糙程度，分别铺上棉布、毛巾，重复步骤②。注意事项：①要匀速拉动物体；②拉力要与斜面平行；③及时记录数据。(4)将实验数据填入下表：结论：斜面越陡，越不省力，机械效率越高。斜面的倾斜程度相同斜面越光滑，机械效率越高。斜面的机械效率：η＝eq\f(W有,W总)＝eq\f(Gh),\s\do5(Fs))。【板书设计】第3节机械效率第2课时测量机械效率【教学反思】本节主要讲述有用功、额外功、总功与机械效率等方面的内容。初学“机械效率”，往往对这些概念陌生难懂，思维不通、前后矛盾，甚至分析实际问题中把有用功、额外功、总功弄混淆。想要学生理解机械效率的物理含义以及计算机械效率，就必须使学生分清楚哪部分功是有用功，哪部分功是额外功，或者哪个力做的功是有用功，哪个力做的功是额外功，哪个力做的功是总功。机械做功以及机械效率与实际生活联系比较密切，从学生熟悉的实例出发，本节课教学设计应当注重更多地和生活实际相联系，调动学生自主学习的积极性和主动性。教学设计注意体现物理学的价值，提高学生理论联系实际、解决实际问题的能力，在教与学过程中促进学生科学的价值观和世界观的形成。《第十二章第3节机械效率》教案（二）【教学目标】：1．知识和技能（1）了解什么是有用功、额外功和总功。（2）理解什么是机械效率。2．过程与方法通过参与探究斜面机械效率的活动，学习拟定简单的科学探究计划和实验方案。3．情感、态度与价值观在实验中培养合作精神，养成实事求是、尊重实验结果的科学态度。【教学重点】：知道有用功、额外功和总功，理解机构效率。探究斜面的机械效率。【教学难点】：测量简单机械的机械效率。【教学准备】：弹簧秤、小车、长木板、铁架台。【教学过程：】一、引入新课：1．引导：生活中我们常常会遇到“效率”这个词，例如学习效率、工作效率等。利用机械帮我们完成任务，也会涉及效率问题。展示人提啥子做功的图片。图片中的各种方法都能把沙子运到楼上，同学们由此可以提出什么问题？［总共做了多少功？克服沙子重力做多少功？各种方法做功是否同样多等问题。］2．引入课题：机械效率。二、新课教学：（一）机械效率1．组织讨论。找出各种方法中的共同点和不同之处。［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．能区分有用功、额外功和总功的含义了吗？人对沙子所做的功是对我们有用的功，叫做有用功。对桶、口袋所做的功是非我们需要但又不得不额外所做的功，叫做额外功。有用功和额外功之和叫做总功。分析：使用任何机械都不可避免地要做额外功，即有用功始终都要小于总功。3．机械效率：有用功跟总功的比值叫做机械效率。机械效率的公式：有用功－W有用，总功－W总，机械效率－η提出问题：机械效率可以大于100%吗？分析得出：使用机械时会不得不做一些额外功，所以机械效率必然小于100%。例题：起重机把质量为0.6t的重物匀速提升了3m，而它的电动机所做的功是3.4×104J，起重机的机械效率是多少？三、测量滑轮组的机械效率实验原理：实验器材：弹簧测力计、刻度尺、铁架台、滑轮、细线、钩码。注意事项：竖直向上，缓慢拉动测力计。实验1保持动滑轮重一定，改变钩码重力。G/Nh/mF/Ns/mW有/JW总/J123结论：动滑轮重一定,物重越大，机械效率越高。实验2保持钩码重力一定，改变动滑轮重。结论：物重一定，动滑轮越重，机械效率低。四、斜面的机械效率1．阅读“斜面的机械效率”。了解实验装置和实验过程。2．设计简单的实验报告和记录表格。3．完成实验的实验报告。【板书设计】：第3节机械效率1．有用功：我们所需要的功额外功：对于额外负担所不得不做的功。总功：有用功与额外功。2．机械效率：有用功与总功之比。公式，没有单位，小于1，常用百分数表示。3．测量滑轮组的机械效率实验原理、器材、注意事项4．探究：斜面的机械效率提出问题、猜想、设计实验方案、进行实验、分析数据，得出结论、评估。《第3节机械效率》同步练习1．一个滑轮组经改进后提高了机械效率，用它将同一物体匀速提升同样的高度，改进后与改进前相比 (D)A．有用功减少，总功减少B．有用功增加，总功增加C．有用功不变，总功不变D．有用功不变，总功减少【解析】任何机械都不能省功，因此有用功不变，A、B排除；机械效率为有用功和总功的比值，有用功不变，机械效率增大，则总功减小。所以D正确。2．下列说法正确的是 (C)A．机械的效率越高，做功一定越多B．机械效率低的机械做功少C．使用任何简单机械都不省功D．提高滑轮组的机械效率的办法是增加滑轮的个数图12－3－73．如图12－3－7所示，不计摩擦，把重G＝16N的物体匀速提起所用的拉力F＝10N，则关于该动滑轮的说法中，错误的是 图12－3－7A．动滑轮重4NB．使该用动滑轮要费距离C．该动滑轮的机械效率为80%D．提升物体的速度越快，机械效率越高【解析】根据F＝eq\f(1,2)(G物＋G动)得G动＝2F－G物＝2×10N－16N＝4N，所以A正确。动滑轮可以省一半的力，但费距离，所以B正确。η＝eq\f(W有用,W总)×100%＝eq\f(Gh,Fs)×100%＝eq\f(16N×h,10N×2h)×100%＝80%，所以C正确。提升物体的速度快，则做功快，功率大，但效率不变，所以D错误。4．某实验小组分别用如图12－3－8所示的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮重相同)匀速提起相同的重物。不计绳重及摩擦，下列说法正确的是 (C)图12－3－8A．甲图省力，机械效率甲图大B．甲图省力，机械效率一样大C．乙图省力，机械效率一样大D．乙图省力，机械效率乙图大【解析】不计绳重及摩擦，∵拉力F＝eq\f(1,n)(G物＋G轮)，n1＝2，n2＝3，∴绳子受的拉力：F1＝eq\f(1,2)(G物＋G轮)，F2＝eq\f(1,3)(G物＋G轮)，∴F1＞F2，乙图省力；∵动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，W额＝G轮h，W有用＝G物h，∴利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，则总功相同，∵η＝eq\f(W有用,W总)，∴滑轮组的机械效率相同。图12－3－95．如图12－3－9所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为300N的物体，拉力F的大小为30N。若物体和地面之间的摩擦力大小为45N，则A处的拉力大小和滑轮组的机械效率分别为图12－3－9A．45N、50%B．45N、75%C．60N、50%D．60N、75%【解析】①物体在水平地面上做匀速运动，则此时A处绳子的拉力与物体与地面之间的摩擦力是一对平衡力，∵物体和地面之间摩擦力为f＝45N，∴A处的拉力大小为FA＝f＝45N。②从图可知，由2段绳子与动滑轮相连，则s＝2s物，∵F＝30N，f＝45N，∴滑轮组的机械效率为：η＝eq\f(W有用,W总)＝eq\f(fs物,×F2s物)＝eq\f(f,2F)＝eq\f(45N,2×30N)×100%＝75%。图12－3－106．如图12－3－10所示，工人师傅用250N的力将重400N的物体匀速提升1m图12－3－10A．80%B．62.5%C．125%D．20%7．如图12－3－11所示，用滑轮组提升重物时，重800N的物体在10s内匀速上升了1m，已知拉绳子的力F为500N，则提升重物的过程中 (A)A．做的有用功是800JB．拉力F的功率是80WC．绳子自由端被拉下3m图12－3－11图12－3－118．如图12－3－12所示，工人用250N的力F将重为400N的物体10s内匀速提升2m，在此过程中，滑轮组的机械效率为__80__%__，拉力的功率为__100__W图12－3－129．用相同的滑轮和绳子分别组成如图12－3－13所示的甲、乙两个滑轮组，把相同的物体提升相同的高度，在不计绳重及机械摩擦的情况下，甲所用的拉力__大于__乙所用的拉力；甲滑轮组的效率__等于__乙滑轮组的效率。(均填“大于”、“小于”或“等于”)图12－3－13图12－3－1410．小雪用三个质量相同的滑轮组成如图12－3－14所示的滑轮组，将重为120N的物体匀速提高了4m，若机械效率为80%，不计绳重及摩擦，则每个滑轮重为__30__N11．如图12－3－15所示，工人利用滑轮组将沙子从地面提升到距地面6m高的三楼，沙子的质量为50kg，装沙子的桶的质量为8kg，动滑轮的质量为2kg，工人匀速拉绳子的力为300N。(忽略摩擦和绳重，g(1)工人做的总功。(2)工人做的额外功。图12－3－15解：(1)由图知，n＝2，拉力端移动的距离s＝2×6m＝12拉力做功：W总＝Fs＝300N×12m＝3600J；(2)∵忽略摩擦和绳重∴W额＝(G桶＋G动)h＝(m桶＋m动)gh＝(8kg＋2kg)×10N/kg×6m＝600J12．在“测定动滑轮机械效率”的实验中，小明用如图12－3－16所示的动滑轮提升钩码，改变钩码的数量，正确操作，实验数据如下：实验序号钩码重钩码上升高度h/cm拉力F/N绳端移动的距离s/cm①1.020.00.740.0②2.020.01.240.0③3.020.01.740.0图12－3－16(1)实验时，用手__匀速__拉动弹簧测力计，使挂图在动滑轮下的钩码缓缓上升。(2)第①次实验时，测得动滑轮的机械效率为__71.4__%__。(3)第③次实验时，钩码上升的速度为0.05m/s，则拉力的功率为__0.17__W(4)由表中实验数据分析可知，同一动滑轮，所提升物重增大，机械效率将__增大__(填“增大”、“减小”或“不