第4节简单机械第4课时（导学案）（教师版）科学浙教版九年级上册

第4节简单机械第4课时（导学案）科学观念：能正确判断有用功、额外功和总功，知道机械效率的公式及计算；知道斜面是一种简单机械。科学思维：经历从具体到抽象的研究过程，学会比较。会应用公式进行简单计算。探究实践：在探究滑轮组机械效率中，分析总结简单机械的效率。态度责任：学会合作和交流，体验成功探究带来的乐趣，感悟生活中处处有科学。通过学习体会提高机械效率对节约能源和促进社会发展的重要意义。1.机械效率的计算（重点）2.有用功和额外功的识别（难点）1.为了达到某一目的必须要做的功，叫做有用功，用W有表示；利用机械时，人们不得不额外做的功，叫做额外功，用W额表示；有用功与额外功的和为总功，用W总表示。W总＝W有＋W额。2.科学上把有用功跟总功的比值叫做机械效率，η=3.提高机械效率的方法：增加有用功，如在机械能承受的范围内增加每次提起重物的重力；减小额外功，如改进结构使机械更合理、更轻巧，尽量减小摩擦力等。4.斜面的机械效率为η5.粗糙程度相同的斜面，斜面倾斜程度越大，斜面的机械效率越高。若斜面光滑无摩擦，则无额外功，有用功等于总功。采用如图两种方法将重力为5N的物块提升1m，拉力所做的功相同吗？不相同，直接提升重物只需要克服物块重力做功，用动滑轮提升重物不仅需要克服物块重力做功，还需要克服滑轮与绳子摩擦力做功、克服动滑轮重力做功。机械存在效率的问题！！！一、机械效率机械的使用虽然给人们的工作带来许多方便，但是如果从功和能的角度进行分析，却会发现在使用机械时，我们做了一些并不希望做的功。为了衡量机械的性能，我们需要了解什么是机械效率。那么怎样区分哪些是必须做的功，哪些是不需要但不得不做的功呢？如图所示，利用动滑轮把重为G1的物体提升h高度人们提升重物过程中必须要做的功叫做有用功如图做的有用功是：W＝G1h有用功与人们的目的一致，我们是为了将物体提升到某一高度，那么克服物体重力做的功就是有用功。除了有用功之外不得不做的功均属于额外功，如图所示，你能指出额外功有哪些吗？克服动滑轮重力做的功克服摩擦做的功这部分功并非我们需要但又不得不额外做的功利用机械时，人们不得不额外做的功叫做额外功。人的拉力F（动力）对动滑轮（机械）所做的功，叫做总功。在实际使用机械做功时，总功等于有用功和额外功之和，即：W不论使用哪种机械，都会出现额外功，因此：使用任何机械都不能省功（功的原理）注意事项①明确工作目的，为了达到某一目的必须要做的功就是有用功。竖直拉物体，克服物体重力做的功就是有用功：W有横拉物体，克服摩擦力做的功就是有用功：W有②注意特殊条件，如忽略摩擦或动滑轮重力等条件，若无特殊条件，额外功一般为克服机械自重做功、克服机械间的摩擦做功。③总功的求法：W总=W（注意：F是人施加的力，s是力的作用点通过的距离）思考与讨论（1）在用动滑轮提升重物的过程中，有哪些额外功？你希望额外功大一些还是小一些？额外功包括克服动滑轮重力做的功、克服摩擦力所做的功、克服绳子重力所做的功。额外功并不是我们需要的功，因此额外功越小越好。（2）请从功是能量转化的量度的角度，对有用功、额外功和总功进行分析。怎样描述机械工作时能量的利用率？有用功在总功中所占的比例就是机械工作时能量的利用率机械效率概念：科学上把有用功跟总功的比值叫做机械效率（η）。计算公式：若用W总表示总功，W有用表示有用功，η表示机械效率（η为希腊字母，汉语拼音读做yita。机械效率习惯上用百分比表示。）那么：η意义：使用机械做功时，有用功在总功中所占的比例越大，说明利用机械工作的效率就越高，或者说机械工作时能量的利用率越高。机械效率是表示机械性能的一项重要指标。一般的滑轮组的机械效率为50%~70%，起重机的机械效率是40%~50%，抽水机的机械效率为60%~80%。在使用机械时，总是尽可能减小额外功以提高机械效率。提高机械设备的机械效率有着重要的现实意义。思考与讨论机械功率与机械效率有什么区别？机械效率与功率间没有必然的联系。功率是表示做功快慢的物理量，而机械效率则表示机械对总功的利用率。功率大的机器，效率不一定高。比如内燃机车功率高达数万瓦特，但效率却只有30%~40%，而电动玩具车功率只有几瓦特，但效率却可达80%。二、斜面你是否看到过如图所示的搬运货物的情景？斜放的平板构成了一个斜面，斜面也是一种简单机械，利用它可以更省力地将货物从低处搬运到高处。斜面作为一种简单机械，使用时也同样存在着一个效率高低的问题。活动（1）如图所示，将1块长木板的一端垫高，构成一个斜面，用刻度尺测出斜面的长s和斜面的高度h。（2）用弹簧测力计测出小车的重力。（3）用弹簧测力计沿着斜面把小车从斜面底端匀速拉到顶端，读出弹簧测力计的读数。（4）改变斜面的倾斜程度，重复上述步骤2次。（5）将测量结果记录在下面的表格中。数据记录与计算斜面的倾斜程度小车重力G（牛）斜面高度h（米）沿斜面拉力F（牛）斜面长s（米）有用功W有用（焦）总功W总（焦）机械效率η较缓100.2412450%较陡100.4614667%最陡100.6816875%计算过程（以第1行数据为例）有用功=Gh=10N×0.2m=2J总功=Fs=4N×1m=4J机械效率=2J由实验数据，你得出什么结论？对光滑程度相同的斜面，斜面的倾斜程度越大，斜面的机械效率越高。思考与讨论你能分析一下为什么斜面倾斜度越大，机械效率越高吗？斜面的有用功是克服物体重力做功；额外功是克服斜面和物体之间的摩擦力做的功；斜面的倾斜程度越大，物体对斜面的压力越小，则摩擦力越小，所以额外功越小，有用功的占比越大，即机械效率越大。斜面计算公式W有WWη求摩擦力的方法Wfs=f=课堂小结：1.关于机械效率，下列说法正确的是（）A.机械效率越大，越省力B.机械效率越大，做功越多C.机械效率越大，功率越大D.机械效率越大，额外功在总功中所占的比例越小【答案】D【解析】A.机械效率是指有用功与总功的比值，其大小与机械的省力情况没有关系，故A错误；B.机械效率越大，则有用功在总功中所占的比例越大，与机械做功的多少没有关系，故B错误；C.机械效率反映有用功在总功中占比大小，功率表示机械做功的快慢，两者无关，故C错误；D.由公式η=W有故选D。2．如图所示，物体A的重力为180N，物体B的重力为10N。物体A受到一个水平向右的拉力F，拉力F的功率为30W，在拉力F的作用下，物体B在2s内匀速上升4m。不计滑轮、绳子的自重及它们之间的摩擦，下列说法正确的是（）A．拉力F大小为20NB．该装置的机械效率为66.7%C．拉力F做的功等于物体B克服重力做的功D．物体A向右做匀速直线运动的速度为4m/s【答案】B【详解】A．由图可知n=2，绳子自由端（物体B）移动的距离sB=2sA，则物体A移动的距离为：sA=12，sB=12×4m=2m，由C．克服物体B重力做的有用功为：W有=GBsB=10N×4m=40J<60JB．该装置的机械效率为：η=W有WD．物体A速度为：vA=s故选B。3．搬运工人为了将笨重的物体装进汽车车厢，常使用如图所示的装置把物体从斜面底端匀速推上顶端，已知斜面长5m，高2m，物体重1000N，沿斜面向上的推力为500N，则下列判定正确的是（）A．斜面是一种可以省功的机械B．物体上升高度越高机械效率越大C．斜面的机械效率为85%D．物体受到斜面的摩擦力为100N【答案】D【详解】A．根据功的原理可知，使用任何机械都不省功，故A错误；B．设斜面的倾角为θ，斜面的机械效率η=W有用WC．克服物体重力所做的有用功W有用=Gh=1000N×2m=2000J推力做的总功W总=Fs=500N×5m=2500J故斜面的机械效率η=故C错误；D．克服物体受到的摩擦力做的额外功W额=W总W有用=2500J2000J=500J由W额=fs得物体受到的摩擦力f=故D正确。故选D。4．如表是李明用如图所示装置探究斜面机械效率的实验数据。实验次数物块重力G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面长s/m机械效率/η140.32160%280.3413120.36160%480.45164%580.55.6171.4%（1）在第2次实验中，斜面的机械效率为，物块与斜面间的摩擦力为N。（2）分析表中1、2、3三组数据可知，当斜面粗糙程度和倾斜程度不变时，沿斜面向上均匀拉动不同重力的物体，机械效率（填“变大”、“变小”或“不变”）。（3）由实验三组数据可知，在斜面粗糙程度相同时，斜面越陡，机械效率越高。【答案】（1）60%1.6（2）不变（3）2、4、5【详解】（1）[1]第2次实验中，斜面的机械效率为η=[2]克服摩擦做的功为W物块与斜面间的摩擦力为f=（2）分析表中1、2、3三组数据可知，斜面粗糙程度和倾斜程度不变时，改变物体的重力，斜面的机械效率不变。（3）在实验2、4、5中，物块的重力都是8N，但斜面长相同而高度不同，说明斜面倾斜角度不同，因此这三次实验是探究机械效率与斜面倾斜角度的关系；比较三次的机械效率可知，在斜面粗糙程度相同时，斜面越陡，机械效率越高。【答案】16062.5％【详解】[1]由图得n=2物体移动的距离为s=拉力移动的距离为s拉力做的功为W整个过程中工人做功的功率为P=[2]滑轮组做的有用功为W整个装置的机械效率为η=6．工人把重1200N的物体沿着长L=5m、高h=1m的斜面从底部匀速拉上斜面的顶端，沿斜面所用的拉力为300N（不计空气阻力）。求