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第3节滑轮组机械效率

教学目标

eq\x(物理观念)

1．知道有用功、额外功、总功及三者之间的关系。

2．了解机械效率，能利用机械效率的公式进行简单计算。

3．知道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。

eq\x(科学思维)

1．类比数学中的效率概念，推理得出机械效率的公式。

2．类比滑轮组的机械效率，推理归纳其他简单机械的机械效率计算。

3．通过机械效率知识批判社会上关于机械省功的不当言论、虚假产品，培养质疑创新能力。

eq\x(科学探究)

1．通过探究动滑轮是否省功，初步认识机械效率。

2．通过探究滑轮组的机械效率实验，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。

eq\x(科学态度与责任)

1．在实验中进行充分的交流与合作，培养学生严谨认真、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。

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。

eq\x(教学重点)

1．在实例中对有用功、额外功、总功的确定，对影响机械效率的因素的理解。

2．探究滑轮组的机械效率。

eq\x(教学难点)

1．理解机械效率。

2．分析得出提高滑轮组机械效率的方法。

eq\x(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、弹簧测力计、铁架台等。

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。

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,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、总功W总、机械效率η并填入表格。

实验

次数

G/N

h/m

W有/J

F/N

s/m

W总/J

η

1

2

3

4

(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。

三、板书设计

第3节机械效率

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