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第十一章机械功与机械能
第三节如何提高机械效率
设计说明
机械效率是在简单机械、功和功率等基础知识上构建起来的新概念,既是前面这些知识的延伸,又是后面学习热机效率等概念的基础。它和功率一样,也是反映机械做功性能的重要物理量,在生活和生产中有着非常实际的价值和意义。
教学时首先通过“活动1”,分析两个实际做功的场景:用滑轮组提起重物和利用挖掘机挖掘、搬运泥土,哪些功是我们需要的?哪些功是不得不额外做的?从中自然地引出有用功、额外功和总功三个概念,以及总功与有用功和额外功的关系。由此顺理成章地导出机械效率的定义,以及机械效率的公式,再引导学生讨论:“机械效率的数值会等于或大于1吗”,加深学生对机械效率的认识。“活动2”通过实验操作,学习实际测算滑轮组的机械效率,感受“同一机械其效率也不是恒定不变的”,最后讨论如何提高机械效率的方法。
教学目标
【知识与技能】
1.知道有用功、额外功和总功的含义,以及它们之间的关系。
2.理解机械效率,会用机械效率的公式进行简单的计算,会测算滑轮组的机械效率。
3.知道机械效率总小于1,知道提高机械效率的方法和意义。
【过程与方法】
经历测算滑轮组机械效率的过程,学习测算简单机械效率的方法。
【情感态度和价值观】
通过学习“效率”的概念,增强节约意识,提高对科学发展观的认识。
重点难点
教学重点
有用功、额外功、总功及机械效率的概念。
教学难点
同一机械的效率是可变的。
教学方法
实验探究及讨论、分析相结合的教学方法。
教具、学具
多媒体课件、铁架台、滑轮组(一个定滑轮和一个动滑轮组成)、细绳、钩码(每个重为2N)、弹簧测力计、刻度尺等。
授课时数
3课时
第1课时什么是机械效率
教学过程
导入新课
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?
【教师点拨】
现代社会是讲求效率的节约型社会,时时处处都要讲究提高效率。我们使用机械也要讲效率。那么,什么是机械效率呢?下面我们就来研究这个问题。
讲授新课
一、什么是有用功与额外功
1.投影出教材图11-16
【提问】
(1)在这两个情景中,力对哪些物体做了功?
(2)哪些功是我们为了达到特定目的必须要做的功?
(3)哪些功是我们不需要但又不得不做的功?
【教师点拨】
(1)对于教材图11-16(a),拉力对滑轮组做功时,拉力对重物、动滑轮、绳子以及克服各部分之间的摩擦力都做了功;其中,提升重物做的功是我们需要的功,对动滑轮、绳子以及克服摩擦力所做的功是我们不需要但又不得不做的功。
(2)对于教材图11-16(b),挖掘机对泥土、抓斗以及克服各部件之间的摩擦力都做了功;其中,提升泥土所做的功是我们需要的功,对抓斗以及克服摩擦力所做的功是我们不需要但又不得不做的功。
【想一想】
各种方案运输沙子时:
(1)力对哪些物体做了功?
(2)哪些功是我们为了达到特定目的必须要做的功?
(3)哪些功是我们不需要但又不得不做的功?
【教师点拨】
方案一:对沙子、桶做功,克服自身重力做功,其中对沙子做功是我们需要的功,对桶做功,克服自身重力做功是我们不需要但又不得不做的功。
方案二:对沙子、桶做功,克服摩擦做功,其中对沙子做功是我们需要的功,对桶做功,克服摩擦做功是我们不需要但又不得不做的功。
方案三:对沙子、桶和动滑轮做功,克服摩擦做功,其中对沙子做功是我们需要的功,对桶和动滑轮做功,克服摩擦做功是我们不需要但又不得不做的功。
方案四:对沙子、口袋和动滑轮做功,克服摩擦做功,其中对沙子做功是我们需要的功,对口袋和动滑轮做功,克服摩擦做功是我们不需要但又不得不做的功。
【归纳总结】
“有用功”“额外功”及“总功”的含义:
在做功过程中,我们需要的、有价值的功,称之为有用功。
我们不想做而不得不做的功,称之为无用功或额外功。额外功虽然是我们不需要的,但为了完成目的却又不能不做。
有用功与额外功的和我们称之为总功,是我们在完成目的时实际所做的功。即W总
【教师点拨】在实际用机械做功时,总功也等于动力对机械做的功。
【想一想】分析下列情况中的有用功、额外功、总功。
(1)用桶从井中提水。
(2)桶掉到井里,把桶从井中捞起。
(3)用桶把水提到楼上去。
【教师点拨】
(1)目的是把水提上来,所以提升水做的功是有用功,对桶做的功是额外功,对水和桶做的功是总功。
(2)目的是把桶捞上来,所以对桶做的功是有用功,对水做的功是额外功,对桶和水做的功是总功。
(3)目的是把水提到楼上,所以对水做的功是有用功,对桶和人所做的功是额外功,对水、桶和人做的功是总功。
【拓展】分析利用各种简单机械做功时的有用功、额外功、总功。
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