九年级物理 机械效率教学设计 苏科版.doc

第四节 机械效率

（一）课题分析
　　本节的教学内容是在《功的原理》内容的基础上，进一步讨论利用机械对物体做功的一种实际情况。本节的教学难点是引入机械效率的概念，重点是正确理解有用功、额外功的含义。
（二）知识结构和教学流程
　　以动滑轮提升重物做功为例：

（三）教学过程
　　师：我们在 “功的原理”曾经学过，使用机械时，人们所做的功，都等于不同机械而直接用手所做的功。以动滑轮提升重物做功为例，如图1，动力对绳子做的功等于动滑轮提升重物做的功。同学们想想：若动滑轮很重，绳与动滑轮间的摩擦较大时，动力对绳子做的功还等于动滑轮提升重物所做的功吗？

　　生：（思考与猜测）……
　　师：我们有没有办法知道“两功”是否相等呢？
　　生：做实验！
　　师：好主意！那么如何进行实验呢？
　　生：我们可以用动滑轮提升重物匀速上升一定的高度（如图1），分别测出物重G、拉力F、物体上升的高度h、绳子自由端移动的距离s；根据功的计算公式，再分别计算出动力对绳子做的功（W＝F·S），动滑轮提升重物做的功（W＝G·h），两者相比较就可以知道“两功”是否相等。
　　师：思路完全正确！现在就请同学们完成这个实验。
　　生：分组实验（教师查巡、指导）。

　　师：由实验看出：动力对绳子做的功总是大于动滑轮提升物体做的功。这究竟是怎么回事呢？这难道与功的原理内容相矛盾吗？
　　生：（讨论分析、教师引导）利用动滑轮提升重物做功时，我们除了提升重物外，还将动滑轮提升了一段距离，所以，人作的功除了提升重物做功之外，还必须克服动滑轮的重力、摩擦力（实验存在）而作功。前面学习功的原理时没有考虑这“两力”的影响，所以上述实验结论是功的原理在实际中的应用。在使用杠杆、滑轮组等机械时也有同样的结论。
　　师：从实验和上面的分析我们知道：利用机械时，机械直接对物体做的功只是动力对机械做功的一部分。机械直接对物体做的功是我们完成做功的目的，是想做、有用的功（W有用），而克服机械本身的重力及机械部件间的摩擦所做的功，这是我们不想做的、无用的但又不得不额外做的功（W额外）。有用功与额外功之和就是机械克服全部阻力所做的功，这也是要求动力总共所做的功（W总）。即W总＝W有＋W额。在使用机械时有用功只占总功的一部分，我们总希望有用功在总功中所占的比值越大越好（额外功所占的比值越小越好）。不同机械、不同的使用情况，比值是不等的，比值的高低是机械性能优劣、质量好差的重要标志之一。如何比较呢？
　　师：我们应引入新的物理量，那就是机械效率（η），用它来表示有用功在总功中所占比值的大小。
　　师：由机械效率的含义，我们能否写出它的表示式？
　　生：（讨论、分析得出）

　　师：请同学们计算出分组实验所用动滑轮提升重物时的机械效率大小；再测算当动滑轮下增挂两个钩码时动滑轮的机械效率的大小；比较用同一动滑轮提升不同重物时的机械效率大小。
　　生：（分组实验、计算分析、讨论）机械效率是有用功与总功的比值。同一机械，当有用阻力加大时，即物重加大时，机械效率增大，但总是小于1。机械效率只有值的大小而无单位。
　　师：为什么机械效率η＜1？
　　生：因为W动＝W有＋W额。使用机械时，除了要做想做的有用功外，还不得不克服额外阻力作功。如背米上山，除将米背上山顶还必须将装米的工具背上山，人也要登上山，所以W额≠0，则W动＞W有，即η＜1。
　　师：若η＞1 说明什么？
　　生：一定错了！这与功的原理相矛盾。
　　师：通过上面的分析，请同学们考虑如何提高机械的效率？
　　生：（讨论、教师引导、分析）提高机械效率的途径：一是增加有用功在总功的比例（增加物重）；二是减少额外功在总功的比例（减轻机械结构，减少部件间的摩擦）。
　　师生共同小结、归纳。
（四）问题讨论
　　教师出示题目，学生讨论分析、计算（过程略）。
1、机械效率越大的机械必定是 [ ]
　　A、越省力； B、越省功；
　　C、有用功越多； D、有用功在总功中占的比例越大。
2、不计摩擦，用定滑轮、动滑轮、滑轮组分别提升同一重物上升同一高度，则机械效率最大的是 [ ]
　　A、定滑轮； B、动滑轮；　C．滑轮组； D、一样大。
　　3、提高机械效率有哪些方法？
　　4、某人用图2所示的滑轮组提起1200牛的重物上升2米，所用的拉力是500牛，①求：此人所做的有用功、总功、机械效率分别是多少？②若克服摩擦所做的功是400焦耳，求动滑轮的重力是多少？

（五）课外思考
　　1、愈省力的机械，是否机械效率愈高？

　　2、请同学思考如图3装置，图中甲、乙滑轮组，将质量相同的砝码提高相同高度，甲图的机械效率η甲和乙图的机械效率η乙谁大？