12.3机械效率第三节教案-人教版物理八年级下第十二章简单机械

第三节 机械效率

1 教学目标

1.1 知识与技能：

•明确有用功、额外功、总功的概念

•知道机械效率的意义

•机械效率的公式及应用

•测滑轮组的机械效率

    测斜面的机械效率

1.2过程与方法：

①通过师生互动，让学生理解有用功、额外功、总功。理解功的计算公式，知道功的原理和概念。

②培养学生的观察能力。

1.3 情感态度与价值观：

①培养学生严谨的科学态度

②培养学生的科学世界观。

2 教学重点/难点/易考点

2.1 教学重点

有用功、总功、额外功的概念；机械效率的计算和怎样提高机械效率

2.2 教学难点

机械效率的计算和怎样提高机械效率

3 专家建议

机械效率应用公式，最重要的是分清楚有用功和总功，明白有用功、总功的概念

利用所学知道如何提高机械效率。

4 教学方法

实验探究——归纳总结——补充讲解——练习提高

5 教学用具

多媒体，教学用直尺、斜面、杠杆、滑轮

6 教学过程

6.1 引入新课

【师】我国的许多农村都没有自来水，人们为了食用水，要从井中打水，在从井中提水上来的过程中，人们对哪些物体做了功？

【生】水桶、滑轮

【师】这些功都是人们希望做的吗？对谁做的功才是有用的呢？

【师】下面我们进行这样的一个实验来看看：

以动滑轮为例，比较手拉绳做的功与动滑轮对重物做的功。

设计方案：

需测量的物理量和使用工具：

【师】实验中需要注意哪些点？

【生】

测拉力时，应匀速拉动弹簧秤。

还有绳自由端的拉力方向以竖直向上为宜，若方向向下，操作、读数均不方便。

【师】接下来自己设计表格，进行多次实验，将实验数据填入表格。

得出结论：手拉绳做的功与动滑轮对重物做的功是_______(等或不等)的。

结合我们课堂刚开始的提问，在上面的活动中，将钩码提升至一定的高度是我们的目的，所做的功叫做有用功，记作：W有用 ；在使用动滑轮提升重物时，需克服摩擦力作功，还要克服动滑轮的重力做功，这部分功虽然并非我们所需要的，但又不得不做，我们将它们叫做额外功，记作：W额外；如果把手的拉力（即动力）对动滑轮做的功叫做总功，

6.2 新知介绍

一、有用功、额外功、总功

【师】上面我们已经介绍了有用功和额外供的定义了。那么接下来，为了熟悉有用功、额外功和总共的概念，我们来看这样的案例。

案例：

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？

如图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。

【师】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。

【生】经过讨论。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。

有用功和额外功、总功

【师】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，

有用功：机械对外所做的功

额外功：机械克服自身部件的重力和摩擦力所做的功

总功：动力对机械所做的功。

总功等于有用功与额外功之和。

【师】前面实验中，正如各位同学所想的，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。

【师】现在大家讨论：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？）如果通过实验探究这个问题？

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。

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。

改变钩码的数量，重复上述测量。

设计表格，将实验数据填入表中。

【师】

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？

分析实验误差，指出要使重物重一些，误差就会小一些。

【生】回答问题：

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。

二、机械效率

【师】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。

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。

【生】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：

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。

【师】如何测量滑轮组的机械效率；

通过实验，探究机械效率的求法：

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。

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？

【生】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

三、提高机械效率的方法

1、提高机械效率的意义：减少能耗，降低生产成本。

2、

当W有一定时,减少W额,可提高效率.比如影响滑轮组效率的因素有:动滑轮和绳重；绳与轮之间的摩擦.所以,我们可以使用轻质材料做动滑轮或尽量减少动滑轮的个数；还可通过加润滑油来减少轴处的摩擦及使用较细的绳子等措施,以此来提高它的效率. 

当W额一定时,增加W有,可适当提高机械效率.比如,对于同一滑轮组(额外功不变),增加所提物体的重, 就会越大,机械效率就会越高. 

总之,提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。对于滑轮组而言,要提高效率,可增加有用功的同时尽量减小额外功.

四、机械效率的测量

原理： 

【师】应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S。

器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。

步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。

结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：

①动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。

②提升重物越重，做的有用功相对就多。

③摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。

绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。

五、机械效率与功率的区别

功率是表示机械做功的快慢,功率大只表示机械做功快；机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量,效率高只表示机械对总功的利用率高.因此,功率大的机械不一定机械效率高。如内燃机车的功率是4210W,但它的效率只有30—40%；而机械效率高的机械,它的功率不一定就大,如儿童玩具汽车的电动机效率可达80%,但功率只有几瓦.

6.3 复习总结和作业布置

课堂知识点总结：

有用功：定义：对人们有用的功。

计算公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总

斜面：W有用=Gh

额外功：定义：并非我们需要但又不得不做的功。

公式：W额=W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）

斜面：W额=fL

总功：定义：有用功加额外功或动力所做的功

公式：W总=W有用＋W额=FS= W有用／η

斜面：W总= fL+Gh=FL

机械效率

定义：有用功跟总功的比值。即η

物理意义 机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量.若机械效率越大,表示该机械对总功的利用率越高,即机械做的有用功占它所做的总功的比例越大,或者说额外功占总功的比例越小,也说明该机械的性能越好. 

提高机械效率方法：

1.额外功不变的情况下，增加有用功：增加物体的重。

2.有用功不变的情况下减少额外功：减少滑轮与绳子之间的摩擦。

[1]课堂练习

1、下列说法正确的是（ C ）

 A、机械的功率越大，做功越多

 B、机械的效率越高，做功越快

 C、机械的功率越大，做功越快

 D、有用功越多，机械的效率越高

2、关于功、功率、机械效率说法正确的是（ C ）

 A、功率越大，做功越快，机械效率越大

 B、做功越少，功率越小，机械效率越小

 C、功率越大，反映做功越快，与机械效率无关

 D、机械效率越大，表明它做的功越多

3、如图所示，一物重为G，从斜面的底端A，在拉力F作用下，匀速运动到顶端B，若重物受到斜面的摩擦力为f，斜面的机械效率η,则 （ C ）

A.f=F,η=Gh/FL               B.f=F-Gh/L,η=1-Gh/FL

C.f=F-Gh/L,η=Gh/FL         D.f=F, η=1-Gh/FL

4、某同学做滑轮组机械效率的实验中，用如图所示的甲、乙两滑轮组提升同一重物．若物重为120　N，每个动滑轮重20　N，摩擦及绳重不计．

（1）通过计算比较甲、乙两滑轮组的机械效率；

（2）若甲挂的重物为180　N，它的机械效率为多少？通过计算你发现什么规律？

答案：机械效率为90%，同一滑轮组，所提重物越重，机械效率越高。

[2]作业布置

1、完成配套课后练习题

7 板书设计

第十二章简单机械 机械效率

1、有用功、额外功、总功

有用功：定义：对人们有用的功。

公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总

斜面：W有用=Gh

额外功：定义：并非我们需要但又不得不做的功。

公式：W额=W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）

斜面：W额=fL

总功：定义：有用功加额外功或动力所做的功

公式：W总=W有用＋W额=FS= W有用／η

斜面：W总= fL+Gh=FL

2、机械效率

定义：有用功跟总功的比值。即η

物理意义 机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量.若机械效率越大,表示该机械对总功的利用率越高,即机械做的有用功占它所做的总功的比例越大,或者说额外功占总功的比例越小,也说明该机械的性能越好. 

3、提高机械效率的方法

提高机械效率的意义：减少能耗，降低生产成本。

由η＝＝可知: 

A.当W有一定时,减少W额,可提高效率.比如影响滑轮组效率的因素有:动滑轮和绳重；绳与轮之间的摩擦.所以,我们可以使用轻质材料做动滑轮或尽量减少动滑轮的个数；还可通过加润滑油来减少轴处的摩擦及使用较细的绳子等措施,以此来提高它的效率. 

B.当W额一定时,增加W有,可适当提高机械效率.比如,对于同一滑轮组(额外功不变),增加所提物体的重, 就会越大,机械效率就会越高. 

总之,提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。对于滑轮组而言,要提高效率,可增加有用功的同时尽量减小额外功.

4、机械效率的测量

原理： 

应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S。

器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。

步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。

结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：

A、动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。

B、提升重物越重，做的有用功相对就多。

C、摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。

绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。