初中物理教科版（2024）八年级下册（2024）4 机械效率教案设计

这是一份初中物理教科版（2024）八年级下册（2024）4 机械效率教案设计，共5页。教案主要包含了教学目标，教学重点，教学难点，教具准备，教学过程等内容，欢迎下载使用。
【教学目标】
[知识与技能]
1.能结合实例了解什么是有用功、额外功和总功.
2.理解什么是机械效率.
3.会正确进行有用功、总功、机械效率的计算.
[过程与方法]
1.通过思考和讨论，知道Ｗ有用、Ｗ额外、Ｗ总的含义并清楚它们之间的关系.
2.通过观察、分析和讨论，理解额外功产生的原因，知道机械效率η＜１.
[情感、态度与价值观]
培养学生自主学习、分析问题和归纳问题的能力，激发学生的求知欲.
【教学重点】理解机械效率的概念，并能运用公式η＝Ｗ有用/Ｗ总×100％进行计算.
【教学难点】知道机械效率η＜1，理解有用功、额外功、总功之间的联系和区别.
【教具准备】沙子、塑料桶、方便袋、细绳、弹簧测力计、滑轮、刻度尺、多媒体课件等.
【教学过程】
一、巩固复习教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业（教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.
二、新课引入
师 房屋装修时，要把一堆沙子运到楼上，你有哪些方法？请同学们思考讨论，将讨论结果记录下来，看哪一组同学想的办法最多？
学生发表各自的看法.
师 同学们说得很好，下面我们就以一个实验来探讨这个问题.
三、进行新课
有用功和额外功
1.活动探究
教师选取动滑轮、塑料桶、方便袋（重力忽略不计）提起沙子进行实验（可让学生实验）：第一次用塑料桶盛装一定重力的沙子进行实验，如图甲；第二次用塑料袋盛装相同重力的沙子提起相同高度进行实验，如图乙.把记录结果填在设计的表格中.
实验教师巡视指导，对动手能力弱的同学给予适当的帮助，教师可参与一起实验，并提醒学生在拉动弹簧测力计时要注意匀速竖直向上缓慢拉动，并在拉动过程中读数.用刻度尺测量沙子上升的高度和手移动的距离（这个也可以不测量，动滑轮自由端移动距离是物体上升高度的2倍）.
2.有用功、额外功、总功
师 请同学们说出你们探究的结果，哪种情况下做功多些？
生：（齐声回答）当然用塑料桶装提起时做功多些.
师 为什么呢？
生：塑料桶重些，塑料袋轻些.教师引导学生分析，在提起沙子的过程中，对沙子做功的同时，还要做哪些功呢？
生：对塑料桶做功，对滑轮做功，对绳子做功，对滑轮轴间的摩擦力做功……
师 那我们真正需要的是对什么物体做的功？
生：当然是对沙子做的功.
师 对啦，对沙子做的功才是对我们有用的功，我们把这样的功叫做有用功.其他做的功是无用功，称为额外功，这部分无用的功，能不能不做呢？
生：当然不能！
师 为什么？
生：因为我们必须依赖塑料桶（或塑料袋）装沙，依赖动滑轮提起.
师 正确，额外功尽管对我们无用，但却又是不得不做的功，无法回避的功.
师 那实际我们在利用滑轮提起沙子时，所做的功包含有对沙子做的功，对动滑轮、塑料桶（或塑料袋）、绳子重力做功及轴间摩擦力做功，把这些功之和称为总功.
师 请同学们说说总功包括哪些功？
生：总功包括有用功和额外功.
师 很对，总功等于有用功和额外功的总和.
总结：有用功Ｗ有用：为了达到某一目的必须做的功.额外功Ｗ额外：为了达到某一目的的过程中，并非我们需要但又不得不做的功.总功Ｗ总：有用功与额外功的总和.Ｗ总＝Ｗ有用＋Ｗ额外
学生完成教材P86页中的表格.
机械效率
师 从上面实验和演示中可以看出，我们总是希望额外功在总功中所占的比例越少越好，即有用功占总功的比例越大越好，这样效率就越高.因此，物理学中，把有用功跟总功的比值叫做机械效率.
（1）定义：有用功跟总功的比值叫机械效率.
（2）公式表示：η＝（W有/W总）×100％.
（3）任何机械的机械效率都是小于1的.
（4）机械效率是个比值，没有单位.
学生完成教材P87页中“活动·计算机械效率”.
师 生共同讨论如何提高机械效率.
例题1 在如图所示的滑轮组中，用110N的力在5s内把重为200N的物体匀速提高2m，则（ ）
A.对重物做的有用功约为200J
B.滑轮组的机械效率约为80%
C.拉力做的总功约为220J
D.拉力的功率约为88W
解析：A.滑轮组的有用功为W有用=Gh=200N×2m=400J，则A选项错误；B.拉力F做的功为总功，滑轮组的机械效率为η=W有用／W总×100%=400J／440J×100%=91%，则B选项错误；C.从图可知，s=2h=2×2m=4m，∴W总=Fs=110N×4m=440J.则C选项错误；D.拉力的总功率P总=W总／t=440J／5s=88W，则D选项正确.
答案：D
例题2 关于机械效率的问题，下列说法中正确的是（）
A.做功越多，机械效率一定越高
B.单位时间内做功越多，机械效率一定越高
C.省力越多的机械，机械效率一定越高
D.额外功在总功中所占比例越小，机械效率一定越高
解析：A.做功多，有用功不一定多，有用功占总功的比例不一定高，所以机械效率不一定高，故A错误；B.有用功占总功的比例与单位时间内做功多少无关，故B错误；C.省力多的机械的机械效率往往偏低，故C错误；D.额外功在总功中所占比例越小，说明有用功在总功中所占的比例越大，机械效率就越高，故D正确。答案：D
例题3 （湖南长沙中考）甲乙两个滑轮组如图所示，其中每一个滑轮的重量都相同，用它们分别将重物G1、G2提高相同的高度，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ）
A.若G1=G2，则拉力做的总功相同
B.若G1=G2，则甲的机械效率大于乙的机械效率
C.若G1＞G2，则拉力做的有用功相同
D.用甲、乙中的任何一个滑轮组提起不同的重物，机械效率不变
解析：A.甲滑轮组中有一个动滑轮，乙滑轮组中有两个动滑轮，所以若把物体提升相同的高度，乙滑轮组做的额外功多，若G1=G2，把物体提升相同的高度，则根据W=Gh可知甲乙所做的有用功相同，总功=有用功+额外功，故A错误.B.若G1=G2，甲乙所做的有用功相同，乙做的总功大于甲做的总功，根据η=W有用／W总，甲的机械效率大于乙的机械效率，故B正确；C.若G1＞G2，物体提升相同的高度，则根据W=Gh可知：甲所做的有用功大于乙所做的有用功，故C错误；D.用同一个滑轮组提起不同的重物，所做的额外功不变，有用功发生变化，有用功在总功中的比值发生变化，所以机械效率变化，所以D错误.
答案：B
四、教师结束语
大家这节课的收获确实不少，我们共同学习了有用功、额外功和总功，知道了它们在不同场合下所指的内容.理解了机械效率的含义，并能进行计算.请同学们在课后结合身边的实例相互交流和讨论如何提高机械效率.好，谢谢！
五、课后作业
完成练习册中本课时对应练习
第2课时 测量滑轮组的机械效率
【教学目标】
[知识与技能]
1.能够设计实验测量滑轮组的机械效率.
2.能利用实验探究的数据计算机械效率，知道机械效率总小于１.
[过程与方法]
通过实验探究影响机械效率的因素，找出提高机械效率的方法.
[情感、态度与价值观]在实验中培养合作精神，养成实事求是、尊重实验结果的科学态度.
【教学重点】探究滑轮组的机械效率，理解如何提高机械效率.
【教学难点】掌握机械效率的计算，掌握影响机械效率的因素.
【教具准备】弹簧测力计、细线、刻度尺、杠杆、滑轮、多媒体课件等
【教学过程】
一、巩固复习教师引导学生复习有用功、额外功、总功、机械效率的概念，并针对性讲解学生所做的课后作业，加强学生对知识的巩固.
二、新课引入
师 往楼顶上搬运较重的货物时，常常看到搬运工人搭上一个滑轮组，就可以把货物轻松地拉上去，这是为什么？
生：滑轮组可以省力……
师 同学们说得很好，那这样是否省功呢？
生：没有，任何机械都不省功.实际上任何机械都要多做额外功，机械效率一定小于
1.
师 我们能用实验来探究说明吗？好，下面我们就一起来探究滑轮组的机械效率.
三、进行新课
测量滑轮组的机械效率
1.教师组织学生参照教材Ｐ88页图11-4-3中的实验步骤，分组设计实验方案、分析实验过程、进行实验、分析数据、得出结论.（教师巡视指导，鼓励和帮助，提醒学生要正确记录数据）
2.老师提醒学生注意：
（1）必须匀速竖直拉动弹簧测力计，否则无法读出拉力大小；
（2）h、s中可以测量一个，用s=nh的关系求出另外一个；也可以都不测量，利用推导式η=W有/W额=Gh/Fs=G/nF计算机械效率；
（3）本实验控制滑轮组相同，改变钩码重，是为了探究滑轮组的机械效率与提升的物重的关系（相同情况下，提升的物重越大机械效率越高）；
（4）还可以控制钩码重相同，换用不同的滑轮组重做几次实验，可以探究滑轮组的机械效率与动滑轮重、摩擦的关系（相同情况下，动滑轮重越大、摩擦越大机械效率越低）.
3.引导学生分析实验数据，得出结论.
影响滑轮组机械效率的主要因素有：动滑轮重、提升重物的重力、机械摩擦.
师 摩擦力越大会使吊起同样重的物体时使用的拉力越大，使机械效率降低；如果动滑轮重不变，物体越重，机械效率越高；如果物体重不变，动滑轮越重，机械效率越低.总的说，滑轮组的机械效率与物体重力、摩擦力、机械本身重力有关.要提高机械效率，应尽量减小摩擦和机械本身重力的同时，最大限度的增加被吊物体重力（最大限度的意思是在绳子能承受的范围内）.
4.提高机械效率的方法：减轻机械自身重力、减小机械部件间的摩擦、尽可能增加提升的物重.
例题1测滑轮组机械效率时，所用实验装置如图所示.
（1）实验中要竖直向上 拉动弹簧测力计.
（2）表中第1次实验数据有错误，改正后计算其机械效率为 .
（3）比较两次实验的机械效率可得出结论： .这里用到的研究方法是 .（填字母）
A.类比法 B.控制变量法 C.等效替代法
（4）改变图中滑轮组的绕线方法，提起同一重物时，不计摩擦及绳重，滑轮组的机械效率 （填“变大”、“变小”或“不变”）.
解析：（1）如图，弹簧测力计要竖直向上匀速拉动绳子.
（2）如图，物体有三段绳子承担，s=3h，h=0.1m，所以，s=3×0.1m=0.3m.所以第一次实验中绳自由端上升的距离0.2m是错误的.按s=0.3m代入
（3）第1和2次实验时物体升高的距离，使用的同一个滑轮组，滑轮组提起的物体越重，滑轮组的机械效率越高.所以，同一滑轮组，提起的物体越重，机械效率越大.在探究滑轮组机械效率时，控制物体升高的距离、动滑轮的重、绳重、摩擦等都不变，只是改变提起的物体重，这种方法是控制变量法.（4）在其它条件相同时，滑轮组的机械效率跟滑轮组的绕法没有关系.
答案：（1）匀速；（2）60.6%；（3）同一滑轮组，提起的物体越重，机械效率越大；B；（4）不变
例题2 为了将放置在水平地面上、重G=100N的重物提升到高处.小明同学设计了图甲所示的滑轮组装置.当小明用图乙所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时，重物的速度v和上升的高度h随时间t变化的关系图象分别如图丙和丁所示.不计摩擦，绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向.求：
（1）在2～3s内，拉力F的功率P及滑轮组的机械效率η.
（2）在1～2s内，拉力F做的总功W总及有用功W有.
解析：本题是一道力学综合题，涉及到功、功率、机械效率等物理量的计算，能从题目提供的图中得出每秒内的相关信息是本题的关键.（1）由图象得出在2～3s内的拉力F，由v-t图象得出重物上升的速度，求出拉力F的作用点下降的速度，利用P=W/t=Fs/t=Fv求拉力做功功率，知道拉力F和物重G大小，以及S与h的关系，利用效率公式求滑轮组的机械效率.（2）由F-t图象得出在1～2s内的拉力F，由h-t图象得出重物上升的高度，求出拉力F的作用点下降的距离，利用W=Fs求此时拉力做的总功，再利用机械效率公式η=W有/W总求出此过程中做的有用功。注意：提升重物的重力没变，滑轮组机械效率不变，（1）问中求得的机械效率可以用在（2）问中，若两次提升物重发生改变，机械效率会改变.解：（1）由图可知在2～3s内，重物做匀速运动，v3=2.50m/s，拉力F3=40N，
∵从动滑轮上直接引出的绳子股数（承担物重的绳子股数）n=3，
∴拉力F的作用点下降的速度v3′=3v3=3×2.50m/s=7.5m/s，
拉力做功功率（总功率）：P总=W总/t=F3s3/t=F3v3′=40N×7.5m/s=300W
滑轮组的机械效率：η=W有/W总=Gh3/F33h3=G/3F3=100/120=83.33%.
（2）在1～2s内，拉力F2=50N，重物上升高度h2=1.25m
拉力F的作用点下降的距离s2=3h2=3×1.25m=3.75m，拉力做的总功W总=F2s2=50N×3.75m=187.5J；有用功W有=η·W总=156.25J.
四、教师结束语
通过这节实验课的探究学习，大家收获确实不少，我们熟悉了测量滑轮组机械效率的方法.进一步熟悉了有用功、额外功和总功的具体含义，加深了对机械效率的理解.从本质中体会到提高机械效率的有效办法.请同学们多关注身边实例，如吊车、建筑工地上的龙门吊、吊篮等工作情景，结合所学的物理知识进行分析，充分发挥你们的聪明才智设计出更高效率的机械，为社会主义建设服务.好，谢谢大家！
五、课后作业
完成练习册中本课时对应练习
六、教材习题解答
自我评价
1.解：W有用=Gh=100 N×9 m=900 J.s=2h=2×9 m=18 m,W总=Fs=60 N×18 m=1080 J.η=W有用/W总×100%=900 J1080 J×100%≈83.3%.
2.解：W有用=Gh=720 N×10 m=7200 J.因为η=W有用/W总×100%，所以W总=W有用/η×100%=7200 J /60%=12000 J.
W额外=W总-W有用=12000 J-7200 J=4800 J.
3.使用滑轮提升物体虽然不能省功，但是可以省力或改变力的方向.