物理九年级上册（2024）11.3 机械效率教学设计

这是一份物理九年级上册（2024）11.3 机械效率教学设计，共8页。教案主要包含了知识要求，教学重难点，提出问题，制订计划与设计实验，分析论证等内容，欢迎下载使用。

【知识要求】
1.知道有用功、总功和额外功的含义以及它们之间的关系。
2.理解机械效率，会用机械效率的公式进行简单的计算。
【教学重难点】
1.分析有用功和额外功。
2.机械效率的计算。
多媒体课件
小明家最近买了一套新房，家在三楼。他们想把洗手间、厨房装修一下，需把沙子运到三楼。请同学们根据需要，选择机械帮助小明家解决这个问题，看看哪个小组的办法最好？
教师引导学生思考课本“活动1”……
一、有用功与额外功
1.有用功：是我们需要的，有价值的功。（机械对重物做的功）
2.总功：动力对机械做的功。
3.额外功：对人们既无利用价值又不得不做的功。（克服机械自身部件的重力和摩擦力等所做的功）。
4.三个功的关系：W总＝W有用＋W额外。
例题讲解：
【例1】斜面的高与长如下图所示，将重力为200N的物体沿斜面由底端匀速拉到顶端，拉力为50N，则下列说法正确的是（ ）
A.拉力做功200JB.额外功是200J
C.有用功是200JD.重力没有做功
【解析】拉力做功W总＝FL＝50N×20m＝1000J，故A错误。有用功W有用＝Gh＝200N×4m＝800J，额外功W额外＝W总－W有用＝1000J－800J＝200J，故B正确，C错误。重力的方向竖直向下，物体在竖直方向上移动了4m，所以重力做了功，故D错误。
【答案】B
二、机械效率
上图所示的是把沙子运到三楼的三种方法（动滑轮质量与绳重不计）：第1种是人直接提着沙子上楼；第2种是把沙子放进桶里，人通过动滑轮把沙子拉上楼；第3种是把沙子放进质量较小的袋子里，人通过动滑轮把沙子拉上楼。
如何来衡定哪种方法最好？小组讨论并思考。
学生回答：第3种方法更好，因为在有用功相同的情况下，额外功越小，机械工作的效率就越高。
教师引导学生阅读课本中机械效率的有关知识，归纳总结：
1.意义：表示机械做功性能的好坏。
2.定义：有用功W有用跟总功W总的比值。
3.计算公式：η＝W有用W总×100％。
教师提问：关于机械效率，你是如何理解的呢？
小组同学相互讨论并总结：
（1）机械效率是体现机械性能的一个重要指标。
（2）机械效率常用百分数表示，是一个没有单位的物理量。
（3）进行有关机械效率的计算时，要分清有用功、额外功和总功。
（4）机械效率总小于1。
例题讲解：
【例2】如右图所示，拉力F＝80N，物体重力G＝120N，不计摩擦和绳重。若将物体匀速提高1m，下列说法错误的是（ ）
A.拉力做的有用功为80J
B.动滑轮的重力为40N
C.拉力做的总功为160J
D.该滑轮组的机械效率为75％
【解析】由题图可知，滑轮组有两段绳子承担物体和动滑轮的总重，故当物体被提升1m时，绳子自由端移动的距离s＝2h＝2×1m＝2m，则拉力做的总功W总＝Fs＝80N×2m＝160J，克服重力做的有用功W有用＝Gh＝120N×1m＝120J，则滑轮组的机械效率η＝W有用W总×100％＝120J160J×100％＝75％，C、D正确，A错误。由于不计摩擦和绳重，故克服动滑轮重力做的额外功W额外＝W总－W有用＝160J－120J＝40J，则动滑轮的重力G动＝W额外ℎ＝40J1m＝40N，B正确。
【答案】A
4.三种简单机械的机械效率的计算，总结如下：
（1）杠杆：η＝W有用W总×100％＝GℎFs×100％。其中G为提升重物的重力，h为重物升高的高度，F为动力，s为动力作用点移动的距离。
（2）滑轮或滑轮组
竖直匀速提升重物：①η＝W有用W总×100％＝GℎFs×100％＝GnF×100％；
②不计绳重及摩擦，η＝W有用W总×100％＝GℎGℎ＋G动ℎ×100％＝GG＋G动×100％，其中G为物重，G动为动滑轮重，h为重物上升的高度，s为绳子自由端移动的距离，n为承担物重的绳子的段数。
水平匀速拉动物体：η＝W有用W总×100％＝Fs物Fs绳×100％＝fnF×100％，其中f为物体与水平面间的摩擦力，F为拉力，s物为物体移动的距离，s绳为绳子自由端移动的距离，n为承担摩擦力的绳子的段数。
（3）斜面：①η＝W有用W总×100％＝GℎFL×100％；
②η＝W有用W总×100％＝GℎGℎ＋fL×100％，其中G为物重，h为斜面高度，L为斜面长度，F为拉力，f为摩擦力。
11.3 机械效率
第1课时 机械效率
1.有用功、额外功、总功
（1）有用功：为达到目的必须要做的功。
（2）额外功：我们不需要但是又不得不做的功。
（3）总功：有用功和额外功的总和，W总＝W有用＋W额外。
2.机械效率
（1）有用功跟总功的比叫做机械效率。
（2）η＝W有用W总×100％。
常用百分数表示，η＜1。

第2课时 测量滑轮组的机械效率
【知识要求】
1.经历测量滑轮组机械效率的过程，学习测量机械效率的方法。
2.知道提高机械效率的方法和意义。
【教学重难点】
测量滑轮组机械效率。
铁架台、大小不同的滑轮、钩码、弹簧测力计、细线、刻度尺
上节课我们知道了机械效率的概念以及怎样计算机械效率，其实简单机械的机械效率是可以通过实验来测量的，这节课我们就来学习如何测量滑轮组的机械效率。
测量滑轮组的机械效率
【提出问题】如何测量滑轮组的机械效率？
【制订计划与设计实验】
实验器材：刻度尺、钩码、弹簧测力计、铁架台、细绳等。
实验步骤：①按右图所示安装好滑轮组，记下钩码和弹簧测力计的位置。
②匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，从弹簧测力计上读出拉力F，用刻度尺测出钩码升高的高度h和弹簧测力计移动的距离s。
③改变物重再做几次实验。
实验记录：
【分析论证】引导学生对所得的实验数据进行分析、讨论。
【结论】动滑轮重一定，物重越大，机械效率越高；物重一定，动滑轮越重，机械效率越低。
教师引导学生讨论：如何提高滑轮组机械效率？
学生讨论，教师归纳总结：
（1）改进机械的结构，使它更合理，更轻巧。例如：动滑轮太重，使得滑轮组机械效率很低，换用较轻滑轮就可提高其机械效率。
（2）减小机械间的摩擦力。例如：加强机械运动部位的润滑。
（3）增大物体的重力。在额外功不变的情况下增大有用功。
例题讲解：
【例】某实验小组利用右图所示的装置测滑轮组的机械效率。记录数据如下表：
（1）实验时，应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。
（2）第2次实验中，拉力做的总功是 J，滑轮组做的有用功是 J，滑轮组的机械效率η＝ （结果保留一位小数）％。
（3）由记录数据分析，两次机械效率不同的主要原因是： 。
【解析】（1）在“测滑轮组的机械效率”的实验中，要沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，目的是使弹簧测力计的示数稳定且等于拉力的大小。（2）第2次实验中，拉力做的总功W总＝Fs＝2.4N×0.3m＝0.72J，滑轮组做的有用功W有用＝Gh＝6N×0.1m＝0.6J，则滑轮组的机械效率η＝W有用W总×100％＝×100％≈83.3％。（3）两次实验中，钩码重不同，提升相同的高度时，所做的有用功不同，而克服动滑轮重力做的额外功几乎相同，故机械效率不同，可见，滑轮组的机械效率与被提升物体的重力有关。
【答案】（1）匀速 （2）0.72 0.6 83.3 （3）钩码重不同
第2课时 测量滑轮组的机械效率
1.测量滑轮组的机械效率
（1）实验过程
（2）实验结论
2.如何提高机械效率

实验
序号
钩码所
受重力
G/N
匀速拉
动弹簧
测力计
时的示
数F/N
钩码上
升的高
度h/m
绳子自
由端移
动的距
离s/m
动力对
滑轮组
做的功
W总/J
滑轮组
对钩码
做的功
W有用/J
滑轮组
机械效
率η
1
2
3
4
实验
次序
钩码重
G/N
钩码上升
的高度/m
绳端的
拉力/N
绳端移动
的距离/m
机械效
率/％
1
4
0.1
1.8
0.3
74.1
2
6
0.1
2.4
0.3