二、机械效率教学内容概述

第3节 机械效率

三维目标

知识与技能

1．知道有用功、额外功、总功的含义，指出它们之间的关系；

2．理解机械效率的概念，知道机械效率小于1及没有单位的原因；

过程与方法

1．通过探究动滑轮的使用，认识和体会物理概念；

2．通过参与探究滑轮效率的活动，进一步加深对机械效率的理解，通过参与探究活动，

学习拟定简单的科学探究计划和实验方案；

3．学习根据实验数据分析、归纳简单的科学规律的过程。

情感、态度与价值观

1．关注生产、生活中各种机械的机械效率，具有用机械效率来评价机械的、意识；

2．通过探究活动，进行充分的交流与合作，培养学生严谨求实的科学态度和团结协作的科学精神。

教学重点

1．能结合实例认识什么是有用功、额外功和总功；

2．理解机械效率的概念，会利用公式

教学难点

学会分析影响机械效率大小的因素，指出提高机械效率的方法。

课时安排

1课时

教学准备

滑轮、钩码、线、弹簧测力计、铁架台、刻度尺、多媒体课件等。

教学过程

导入新课

问题导入

观看下图，同学们交流讨论，完成下列表格：

想一想：有哪些办法可以将沙子运上三楼？

徒手用桶

提沙上楼

用定滑轮

和桶提沙

用动滑轮

和桶提沙

用动滑轮

和口袋提沙

克服人重力做功／J

人对沙子做的功／J

人对桶（袋）做的功／

J 人对动滑轮做的功／J

人一共做的功／J

从数据分析获得哪种方法比较好，请说出选择的理由。

思考问题：在运送过程中不可避免地要对物体做功，试讨论：

(1)哪些功起到了积极作用，即达到了我们的目的？

(2)哪些功对我们没有价值，但又是不得不做的功？

(3)哪种方式的效率最高？

学生活动：学生思考讨论，得到结论，各种方式下对物体做功情况如下：

对我们没有价值，但又不得不做的功有：

a．桶、动滑轮、口袋等也随重物一起上升，也提升了它们，克服这些重力做的功是没有价值的；

b．此外，机械运转时都有摩擦，克服机械的摩擦做的功。

结论：满足我们做功的目的，对我们有价值的功，即对重物（沙子）做的功是有用功。

从而引出本节课的课题：机械效率。

（教学说明：学生观察、思考、计算并进行比较，培养学生的合作意识，运用所学知识分析解决新问题的能力和分析归纳能力。）

情景导入

展示从井中提水的图片，我国的许多农村都没有自来水，人们为了食用水，要从井中打水，在这个从井中提水上来的过程中，人们对哪些物体做了功？这些功都是人们希望做的吗？对谁做的功才是有用的呢？

为了反映有用功在总功中所占的比例，物理学中引入了机械效率这个物理量。

椎讲新课

一、有用功和额外功

思考问题：不使用机械直接提升物体做的功，与使用机械提升物体做的功相同吗？

实验探究：使用动滑轮所做的功

制定计划与设计实验：测出物体的重力和拉力以及物体和绳子上升的距离，利用功的计

算公式算出上升过程中的有用功和总功并加以比较。

进行实验与收集数据：用弹簧测力计匀速拉动绳端，使重物G匀速升高。从

弹簧测力计上读出拉力F的值，用刻度尺测出重物提升的高度^和弹簧测力计移动的距离s。

“实验数值G一5牛，h一0.5米，F-3牛，s-1米。

弹簧测力计的拉力（动力）对动滑轮做的功：

提高重物，动滑轮克服阻力做的功：

分析与论证：由实验可以看到

这是为什么？

学生回答，教师总结：前面我们没有考虑摩擦，没有考虑使用动滑轮提升重物时动滑轮

本身重等因素，是理想情况。实际上，我们用动滑轮等简单机械提升重物时，由于要克服摩

擦以及不得不把动滑轮一起提升，这时我们用的力（动力）就比没有摩擦时要大（该实验中，

理想情况下拉力是2.5牛，而实际的拉力是3牛）。做的功要比没有摩擦时大一些（该实验

中，不考虑摩擦时动力做的功是2.5焦，而实际动力对滑轮做的功是3焦）。

归纳总结：

①在用动滑轮提高重物的实验中，用来提高物体的功对我们是有用的，是必须做的。

【板书]1．有用功

利用机械工作时为完成目标必须要做的功叫有用功。

本实验中的有用功是多少？

②本实验中，用来克服摩擦做的功、把动滑轮提升0.5米做的功对我们没有用，但又不

得不做，这种功叫额外功。使用任何机械做额外功是不可避免的。

【板书】2．额外功

为了完成有用功，对人们没有用，但又不得不做的功叫额外功。

③本实验中，有用功加额外功是总共做的功，叫总功。

【板书】3．总功（w总）：有用功与额外功的总和叫总功。

问：本实验中总功是多少？

问：本实验中做的额外功是多少？

归纳总结：我们把重物提高到一定高度，就是我们使用简单机械的目的，对使用机械是

有利用价值的，所做的功是有用功；而滑轮组克服滑轮与其转轴之间的摩擦力做功、提升重

物过程中克服动滑轮及绳子重力所做的功等是额外功；作用在机械上的动力对机械做的功

过渡：生活中我们总希望有用功在总功中占的比例多些，额外功在总功中占的比例少

些，物理中用机械效率来表示有用功在总功中占的比例，从而引入机械效率的概念。

二、机械效率

1．机械效率的概念

请同学们自学阅读教材“机械效率”部分相关内容，回答下列问题：

(1)什么是机械效率？用什么表示？

(2)机械效率的公式如何？其单位是什么？通常用什么表示？

学生活动：看书思考，交流总结。

(1)机械效率的定义：有用功跟总功的比值，叫做机械效率。

提出问题：机械效率是不是总小于1 学生经分析不难得出正确的答案；机器运转时都有摩擦，克服摩擦要做额外功，因此有

用功总是小于总功的，

教师指出：表示机械效率的字母的读音。机械效率用百分数表示，没有单位。

思考：某起重机的机械效率是70%，它表示什么意思？

交流讨论：使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值是70%，也可以说有用

功在总功中占有70%，另外30%做的是额外功。

（教学说明：提出问题，引发思考和比较，让学生通过阅读教材内容，经过思考、归纳、自主得出结论，体现新课程中提倡的自主性学习。）

例题巩固：如图所示，用滑轮组提起重900 N的物体，绳子自由端拉力F为

4OO N，重物在20 s内匀速上升了10 m。求：

(1)物体上升的速度；(2)提起物体所做的有用功；(3)滑轮组的机械效率。

解析：(1)物体上升的速度

(2)提起物体所做的有用功

滑轮组的机械效率

答案:(l)0. 5 m/s (2)9 000 j (3)75%

2．实验探究：测量滑轮组的机械效率

(1)提出问题：滑轮组的机械效率总是一定的吗？利用实验测量时，需要测量哪几个物

理量？怎样计算有用功？怎样计算总功？

(2)猜想：滑轮组的机械效率与哪些因素有关。

物体的重、滑轮重、绳重、绳与轮间的摩擦、承担物重的绳子段数……

(3)设计实验：

实验目的：利用测力计将安装在滑轮组中的钩码（或重物）提起，比较同

·滑轮组在不同使用情况下的机械效率。

实验器材：滑轮组一套、两物块（甲轻乙重）、弹簧测力计、刻度尺、铁架台、细线。

(4)进行实验与收集数据

如图所示，安装实验装置图组装好实验

a．用细线将一个定滑轮和一个动滑轮连成滑轮组，挂在铁架台上，将细线一端拴在弹簧测力计上，在滑轮组下悬挂物块（第一次挂甲物块，第二次挂乙物块）。

b．记下物块和拴住弹簧测力计的线端原先的位置，然后匀速向上提起弹簧测力计，读出拉力的大小；测出物块和拴住弹簧测力计的线端上移的距离；用弹簧测力计再测出物块重。

c．将测得的数据填入下表并完成计算。

d．实验完毕整理好器材：

(5)分析与论证

分析上表中的数据可以看出：

①在不同使用情况下，同一滑轮组的机械效率_________一定的（填“是”或“不是”）。

②滑轮组的机械效率 ____________1（填“大于”“等于”或“小于”）。

归纳总结：

影响滑轮组的机械效率的因素：同一滑轮组，所提物体越重，机械效率越高，与滑轮组

的绕法无关。

交流讨论：提高滑轮组机械效率的方法

阅读教材提高机械效率的有关内容，小结要点，指出减小额外功是提高机械效率的有效方法。

参考：增大物体的重、减小动滑轮的重和绳重、减小滑轮与绳间的摩擦——加润滑

油……

课堂小结

以上我们讨论了机械的效率，知道了机械效率总小于1，原因是使用机械时仍不省功，

做功的过程中不可避免地要有额外功。其实在日常的生产、生活中，“效率”的含义很广泛。

我们做任何事情都有一个效率问题。我们生活的社会是一个现代化的社会，是讲效率的社

会，时时、事事、处处都要求高效率，以尽可能少的消耗去取得尽可能多的效益。我们在学习中，也应注意学习的效率。