2012新课标人教版初二物理下册12.3《机械效率》导学案

学习目标：1、能理解为什么使用机械不省功，即理解机械效率。2、能正确找到有用功、额外功、总功。

3、会推导出使用滑轮组时机械效率的常用公式。4、理解机械效率与功率的区别。

一、自主预习

1．功的分类：（1）有用功__________________________________________________________。

（2）额外功___________________________________________________________。

（3）总功_____________________________________________________________。

（4）三者关系___________________________________。

2．机械效率：（1）定义_____________________________________________________________。

（2）公式：______________________。

二、合作解疑

1．实验探究：使用机械省功吗？

实验：观察课本P85图12.3-1所示实验，甲所示用弹簧测力计将物体A提升0.2m；乙所示用弹簧测力计并借助一只动滑轮将同样物体A提升0.2m。将实验数据填入实验表格。

2. 如何正确认识有用功、额外功和总功的含义及它们之间的关系？

解析：有用功可理解为一种“目的”功。当你使用机械时，你的目的是什么，那么这时你对需要达到的目的所做的功就是有用功。例如，你用滑轮组匀速提升重物时，使用机械的目的是将重物提高，那么你对重物所做的功（也就是克服物体的重力做的功）就是有用功，即W有用=Gh；又如用滑轮组拉动重物在水平面上匀速移动时，使用机械的目的是水平移动重物，那么克服物体与水平面间的摩擦力做的功是有用功，即W有用=fS。

额外功是指对人们无用但又不得不做的功，也就是克服机械自重、机械自身部件的摩擦以及其它辅助用品（如绳子、装物品的容器等）的重力而做的功，由于机械自重和摩擦总是存在的，因而人做的额外功是不可避免的。

总功是人使用机械时做的功W总=FS，结合功定义中的“同一性”原则，既然是人做的功，那么这里的F就是人使用机械时所用的力，S是人的力所通过的距离。当然，这其中既有通过机械对物体做的有用功，又有克服机械自身重力和摩擦等做的额外功，所以有用功、额外功和总功的关系是W总=W有+W额外。

另外需要提醒的是，在不同的场合、不同的目的情况下，同样情景下有用功和额外功也可能是不同的，一定要结合具体情况具体分析，不能死记硬背含义。

例1：小红用塑料桶从井中打水；小军把不小心掉进井中的塑料桶打捞上来。在这两个情形中水桶中都有水。那么下列分析中正确的是（  ）

A、两个情形中，两人对水做的功都是有用功    B、两个情形中，两人对水做的功都是总功

C、两个情形中，两人对水做的功都是额外功    D、小红对水做的功是有用功，小军对水做的功是额外功

3．机械效率的计算。

注意：在实际计算中，机械效率通常被表示为一个百分数，没有单位；由于W总_____W有，所以W有/W总＜1，因此机械效率必然_______________100%．如果有人告诉你某机器:η大于1或大于100%，那肯定是错误的。机械效率是表示机械做功性能好坏的物理量，机械效率越高，做的有用功占总功的比例就越大，这个机械的性能就越好。

例2：用动力臂是阻力臂2倍的杠杆将重400 N的货物抬高10 cm，手向下压杠杆的力是240 N，手下降的高度是____cm，人做的总功是______J，额外功是______J，杠杆的机械效率是______.

4．滑轮组的机械效率。

（1）使用滑轮组竖直方向拉物体时的机械效率

使用滑轮组做的总功W总=FS绳；   有用功W有用=Gh；   W额外=W总-W有用         S绳= nh

故滑轮组的机械效率为：η=W有用/W总=_______________________

（2）使用滑轮组水平方向匀速拉物体时的机械效率

总功W总=FS绳   有用功W有用=F拉S物=f S物    （F拉=f   f为物体受到的阻力）    S绳= n S物  

滑轮组的机械效率为: η=W有用/W总=______________________

例3：用一个动滑轮，将200N的物体匀速提升2m，拉力F为120N，此动滑轮的机械效率是多少?

例4：如图1所示用滑轮组来匀速拉动一个重为100N的木箱，拉力F为25N，木箱受到的摩擦力为60N，则此滑轮组的机械效率为多少?

4．比较：机械效率与功率是两个完全不同的概念

这两个物理量是从不同方面反映机械性能的。它们之间没有必然的联系。

功率大表示机械做功_______________；机械效率高表示机械对总功的利用率__________。 功率大的机械不一定机械效率高，例如内燃机车功率可以达到几千千瓦，但效率只有30%～40%，反之，机械效率高的机械功率不一定大。例如，安装在儿童玩具汽车车里的电动机效率可达80%，但功率却只有几瓦特。

例5：下列说法中正确的是（  ）

A．机械效率越高，机械做功一定越快  B．做功越多的机械，机械效率一定越高  

C．功率越大的机械做的功一定越多  D．做功越快的机械，功率一定越大

例6：在建筑工地上，经常可以看到用来吊运货物的吊车。若吊车的机械效率为80%，将重为7000N的货物匀速提升4m,所用的时间是10s，则吊车的功率是多少？

三、合作解疑

1．影响滑轮组机械效率的因素。

实验：按如图2所示的方式组装好滑轮组，并使用滑轮组提起相应的重物，三次实验数据填写在下表中，比较三次测算的机械效率是否相等。

1．同一滑轮组，____________越大，机械效率越大，所以滑轮组可以增大___________，提高机械效率。

2．相同载重的情况下，________________重力越小，机械效率越高，所以减小滑轮组中____________可以减小额外功占总功的比例，提高机械效率。

3．改进机械结构，在滑轮的转轴上加润滑油，以减小___________，减小额外功占总功比例，提高机械效率。

注意：在“测滑轮组的机械效率”的实验中，要匀速竖直向上拉弹簧测力计且在拉动过程中读数。

①如果不是匀速地拉，弹簧测力计示数忽大忽小，则W总偏大偏小，且滑轮组对钩码的拉力不等于钩码的重力，则W有偏大偏小，由η＝W有/W总算出的机械效率偏大偏小．

②如果向下拉，弹簧测力计由于弹簧的自重而导致示数F偏小，η偏大

③如果在弹簧测力计静止时读数，由于滑轮和轴之间没有摩擦，则读数F偏小，η偏大．

例1：安阳四中八年级某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示，实验装置如下图3所示

(2)通过实验1和实验2的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮组，提升相同的重物时，动滑轮的个数越多，滑轮组的机械效率___________

(3)比较实验1和实验3可得正确结论：使用同一滑轮组，_________________，可以提高滑轮组的机械效率．

三、限时检测

1.关于机械效率的说法，正确的是(    )

A.机械效率越高的机械做的有用功多       B.机械效率越高的机械越省力；

C.机械效率越高的机械越省功；           D.有用功占总功的比例越大的机械，机械效率越高.

2.用水桶从井中提水的时候，所做的功哪部分是有用功，哪部分是额外功?如果桶掉到井里，从井里捞桶的时候，捞上的桶里带了一些水，这种情况下哪部分是有用功，哪部分是额外功?

3．起重机把质量为0.6 t的重物提升了3 m，而它的电动机所做的功是3.4×104 J，起重机的机械效率是多少？

4．如图3所示滑轮组，被提起的是质量200 g的物体，对绳子自由端的实际拉力是1.5 N，当物体升高0.2 m时，求滑轮组的机械效率．

5.如图4所求，用一动滑轮拉一物体以0.5m/s的速度在水平面上匀速运动，物体重为20N，受到的摩擦力是物重的0.2倍，水平拉力F为2.5N，则在2s内拉力做的功是       J，滑轮的机械效率是            。（不计滑轮重力）

课后反思：