江苏省仪征市月塘中学九年级物理《11. 5 机械效率》教案 苏科版.DOC

江苏省仪征市月塘中学九年级物理11. 5 机械效率教案 苏科版【教学目标】1知识与技能理解什么是有用功、额外功和总功。理解什么是机械效率，并会用有关公式进行简单的计算。2过程与方法通过探究动滑轮的活动，明确使用机械要做额外功。通过实例讨论，认识提高机械效率的主要方法。3情感、态度与价值观机械效率反映的是机械做功的性能，即使用机械的效益高低，能量利用率的高低，通过探究活动，对节约能源的认识有新的拓展，明确提高机械效率是现代化生产设备研究所追求的目标之一【教学重点】机械效率的理解【教学难点】机械效率公式的灵活运用【教材分析】1有关机械的三种功（1）有用功。所谓有用功，就是对人们有用的那部分功。那么什么是对人们有用的功？对此并不是所有同学都能搞清楚的。一般说有用功是使用机械过程中为了达到人们的目的，所需要做的功。如：我们用动滑轮将货物从一楼提到二楼，把货物提上去是目的。提货物上楼的过程中，货物重乘以楼高所做的功w=gh，就是有用功。再如图11-36所示利用滑轮组将一辆汽车水平向左移动了一段距离s，要拉动汽车，必须克服地面与汽车间的摩擦力f，为了实现移动汽车的目的，克服这一摩擦力做的功w=fs就是有用的。所以判断有用功，首先要看人们使用机械来达到什么目的。（2）额外功。所谓额外功，就是人们使用机械时，为了达到目的不得不额外做的那部分功。如上面所举例子，将货物从一楼提到二楼，把货物提上去，就得将动滑轮也提上去，人对动滑轮所做的功尽管不是我们的目的，但不得不做，因此动滑轮重乘以楼高所做功w=g动h，是额外的。使用动滑轮时不可避免地要克服滑轮内部之间的摩擦做功，克服机械的自重及摩擦（因使用机械而产生）等因素做的功都是额外功。再如图11-15所示的装置中，使用滑轮组将汽车水平拉动。为了拉动汽车，我们势必也得将动滑轮水平拉动，则拉动动滑轮时克服滑轮摩擦所做的功就是额外功。（3）总功。总功是在使用机械时才会出现的概念，也就是人们为达到某种目的而实际做的功。如图11-36所示，我们使用滑轮组移动汽车，就要在绳端用力拉，我们用的拉力与绳端所移动的距离的乘积，就是我们对滑轮组做的功，这个功我们总功包括有用功和额外功，也说是有用功、额外功都来自于总功，即w总=w有+w额。2机械效率机械做功性能的重要指标在使用机械时，我们需要一定量的有用功，由于不可避免地存在摩擦和机械自重等原因，额外功是不可避免的。额外功是我们不需要的，为做有用功而白白浪费人力和物力，应尽量减少它。使用不同的机械完成相同的有用功。做额外功越少的机械越好，或者说，有用功与总功越接近越好。为了表示总功中有多少功被有效利用，物理上引入了机械效率的概念。机械效率的定义是：有用功与总功的比值，用公式表示为，在实际情况中，必然要做额外功，即w额0，所以总小于100%。理解这一点，关键是把握额外功不可避免。例如，怎么把1吨水送到高处的水槽，简单方法是人用水桶一桶一桶提上去，水送上去了，但每次都要把桶也提上去（我们不可能直接捧着水上去），克服水桶所受重力做的功就是额外功。虽然这是不可避免的，但是可以设法减小的。如果用比较重的铁桶提水，做的额外功就多；若用比较轻的塑料桶提水，做的额外功就少，同样可以达到提水的目的。还有，提水时人也要上到高处，克服人所受重力做的功，也是额外功，因为人上到高处不是目的，只是为了将水提上去。换个方法，人可以不一趟一趟地上下跑，比如在高处安装一个定滑轮，两个人相互配合，一个人在下面往桶里装水，另一个人在高处接住水桶重力做额外功，但还要克服因水跟水管之间的摩擦和水泵内部的摩擦做额外功。总之，我们通过改进做功方式和改进做功的性能，可以减小额外功。人们常通过减小摩擦，减轻自重，简化结构，选用优良材料等办法来提高机械效率。但额外功不可能减小到零，所以，任何机械的机械效率都小于1，或者说小于100%【教学程序】新课引入我们用动滑轮来提升重物，目的是什么？是提动滑轮吗新课进行活动来引入新知1课前准备探究小组准备好以下器材：单滑轮两个、双滑轮两个、弹簧测力计、刻度尺、钩码若干、铁架台、细绳等。2活动目的（2）测定动滑轮的机械效率，并比较动滑轮在不同情况下的机械效率。（3）测定滑轮组的机械效率，探究机械效率变化的规律，交流提高机械效率的办法。3方法点拨（1）探究动滑轮。活动一：探究小组按照图11-16进行实验。实验步骤：先用弹簧测力计测出两只钩码重力g，然后将钩码挂在动滑轮下，同学向上拉弹簧测力计，使钩码匀速上升，读出手的拉力f，用刻度尺量出钩码升高的高度h及手向上移动的距离s。实验记录：实验次数钩码重g/n钩码升高的高度h/m动滑轮提升钩码做的功w1/j手的拉力f/n手移动的距离s/m人拉绳做的功w2/j实验分析：实验结果表明w2w1，分析一下，这是什么原因？请仔细阅读课本上的相关内容，边阅读边思考分析。活动二：用弹簧测力计测出4只钩码的重力，将4只钩码挂在动滑轮下，按活动一的步骤再次进行实验，并将有关数据记录在活动一的表格中，进一步分析理解有用功、额外功和总功。（2）计算动滑轮的机械效率。根据实验数据，分别计算动滑轮提升钩码时的有用功w有=gh和总功w总=fs，利用公式算出两种情况下动滑轮的机械效率，这两次的机械效率相同吗？研究滑轮组机械效率的变化规律，总结提高机械效率的办法。我们按以下要求进行探究活动：明确实验原理。要测定滑轮组的机械效率，需要测量哪些物理量？可从机械效率的意义入手，列出，从而确定待测物理量为：钩码重g，钩码提升高度h，绳端拉力f，绳端移动距离s。选用实验器材。实验器材一般有三类：研究对象、测量仪器和辅助器材。本实验的研究对象为单滑轮组和双滑轮组，还要选用钩码、刻度尺、弹簧测力计、铁架台、细线等。熟悉实验步骤。(a)按图所示把滑轮组安装好，记下钩码和弹簧测力计的运动起始位置；(b)匀速拉动弹簧测力计使钩码g升高，从弹簧测力计上读出拉力f的值，记下钩码和弹簧测力计运动的终点位置；(c)用刻度尺测出钩码提升的高度h，弹簧测力计移动的距离s；(d)算出有用功w有、总功w总和机械效率。设计实验表格。设计记录表格应在操作实验之前完成，这是整个实验的有机部分。实验表格不仅应有记录表格，还应有计算表格。下表为参考表格。滑轮组装配图实验次数1234钩码重g/n钩码提升高度h/m有用功w有/j拉力f/n绳端移动距离s/m总功w总/j机械效率/%讨论实验问题。本实验不仅能提高我们的观察和实验能力，而且为澄清概念、找出规律、应用知识提供了丰富素材。讨论后，我们应懂得以下知识。(a)在滑轮组绕线时，动滑轮竖立不稳，可先在动滑传输线下挂钩码，以降低其重心，提高稳度。(b)在铁架台上做实验时，钩码上升的高度受到限制，而摆动，绳子也会因此而发生缠绕，为方便起见，可将实验移至墙边进行。(c)测绳端拉力时，弹簧测力计应交通部直向上匀速拉动绳子，确保所测效率为滑轮组本身的效率。如果钩码加速上升，则增加了钩码越来越快引起的额外功，所测机械效率偏低。如果钩码减速上升，情况正好相反，所测机械效率偏高。想一想，在测绳端拉力时，能否让钩码处于静止状态？(d)选用器材时，细线应足够长，以便使通过动滑轮的所有细线保持竖直，否则作用在滑轮上的细线的拉力之和不等于总重（不计摩擦时）。(f)在实验中，采用的都是向上拉弹簧测力计。若将弹簧测力计向下拉，由于弹簧测力计本身的重力作用增大了弹簧测力计的读数，使计算出的总功偏大，从而使机械效率偏低。提高滑轮组的机械效率的办法：对于同一结构滑轮组，在滑轮组能承受的范围内，提升的物体越重，机械效率越高。对于不同结构滑轮组，在提升相同重物时，结构越简单，动滑轮越轻，机械效率越高。(g)影响滑轮组的机械效率的因素有：滑轮组绕法，滑轮组中