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第十一章 简单机械
第三节 机械效率
1.物理观念
知道有用功、额外功、总功及三者之间的关系。了解机械效率，能利用机械效率的公式进行简单计算.知道提高滑轮组机械效率的方法，知道提高机械效率对实际生产、生活的意义.
2.科学思维
类比数学中的效率概念，推理得出机械效率的公式.
3.科学探究
通过探究动滑轮是否省功，初步认识机械效率.
4.科学态度与责任
通过探究活动增强学生与其他同学合作的意识，培养学生严谨的科学态度。在分析问题、解决问题的同时，体会成功的喜悦，激发探索科学的求知欲.关注生产、生活中的各种机械的机械效率，具有用机械效率来评价机械的意识.
重点：理解机械效率的概念，理解额外功产生的原因，并能运用公式η＝×100%进行计算.掌握机械效率的计算方法，理解如何提高机械效率.
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．探究斜面、杠杆、滑轮等简单机械的机械效率，掌握影响机械效率的因素．
一、新课引入
我国许多地方原来都没有自来水,人们为了食用水,要从井中打水。如图所示,在这个从井中提水上来的过程中,人对哪些物体做了功 这些功都是人们希望做的吗 对谁做的功才是有用的呢
阅读课本P269－P271的文字内容和插图，在基本概念、定义、规定及规律上用红笔做记号.各小组内部交流讨论，提出预习疑问，教师指导释疑.
二、新知探究
1.有用功、额外功、总功
多媒体展示用水桶提沙子上楼的图片，与学生交流讨论其目的以及对沙子，桶和自身克服重力的功的性质，从而引出有用功、额外功、总功
学生小组内部讨论交流，回答下列问题.
师 什么是有用功、额外功、总功？
生：使用机械时，拉力（或动力）所做的功，物理学中叫总功，对我们是无用的，但又不得不做的功叫作额外功，从总功中减去额外功，才是对我们有用的功，物理学中叫有用功.
学生按照教材图11-29所示的方法进行实验：用弹簧测力计将钩码匀速提升一定高度；用弹簧测力计并借助一只动滑轮将同样的钩码提升相同高度．记录相关数据.
分析数据，比较弹簧测力计两次所做的功，发现利用动滑轮所做的功多一些，小组讨论交流可能的原因．
分析得出，使用机械时，会有省力、方便等有利因素，但由于机械本身的自重，以及摩擦等因素，所以要做更多的功．
请分别计算出三种情况下有用功、额外功和总功分别是多少？
2.机械效率
(一)学生小组内部讨论交流，回答下列问题：
师1.什么是机械效率？计算公式怎样？
生：1.有用功和总功的比值叫做机械效率，计算公式为η=×100%.
师2.“机械效率越高、功率越大”这句话对吗？为什么？
生：2.不对，机械效率表示做功的有效程度，公式为η=×100%，而功率表示物体做功快慢，公式为P＝，二者之间无因果关系，η大P不一定大；反之，P大η也不一定大.教师重点强调：在实际计算中，机械效率通常表示为一个百分数，没有单位；由于W总>W有，所以η<1，因此机械效率必然小于100%．如果有人告诉你某机器的η大于1或大于100%，那肯定是错误的．
3.提高机械效率的方式
先让学生小组讨论明确测量滑轮组机械效率大小的实验中哪些是有用功，哪些是额外功，总功怎么测量，然后多媒体播放测量滑轮组机械效率大小的实验视频，将实验数据填写在表中，比较测算的机械效率是否相等.
教师补充：在实验中，一定要匀速竖直向上拉弹簧测力计且在拉动过程中读数，以减小实验误差.如果不是匀速地拉，弹簧测力计示数忽大忽小，且滑轮组对钩码的拉力不等于钩码的重力，无法使用η＝计算机械效率；如果向下拉，弹簧测力计由于弹簧的自重而导致示数F偏小，η偏大；如果在弹簧测力计静止时读数，由于滑轮和轴之间没有摩擦，则读数F偏小，η偏大．
分析数据比较得出结论，引导学生分析提高机械效率的方式：
（1）同一滑轮组，载重越大，机械效率越大，所以滑轮组在满载情况下工作，可以增大有用功占总功的比例，提高机械效率．
（2）相同载重的情况下，动滑轮重力越小，机械效率越高，所以减小滑轮组中动滑轮的自重，可以减小额外功占总功的比例，提高机械效率．
（3）改进机械结构，在滑轮的转轴上加润滑油，以减小摩擦阻力，减小额外功占总功的比例，提高机械效率．
师生互动归纳总结提高机械效率的方法：
①增加被提升物体的重力；
②使用较轻的动滑轮；
③设法减小绳和轮之间的摩擦.
师：根据上述分析，小组讨论交流为什么使用任何机械都要对外做额外功？
生：因为任何机械运转过程中都存在摩擦，任何机械都受重力作用，所以使用任何机械都要克服摩擦和机械自重而做额外功.
三、课堂小结
四、课堂练习
1.关于机械效率，下列说法正确的是（ C ）
A .机械效率高的机械做功一定多
B .使用机械可以省力，省力越多，机械效率越高
C .没有摩擦时，机械效率一定等于100%
D .做同样的有用功，额外功越小，机械效率越大
2.如图用同一滑轮组分别将两个不同的物体A和B匀速提升相同的高度，不计绳重和摩擦的影响，提升A的过程滑轮组的机械效率较大，则下列判断正确的是（ B ）
①A物体比B物体轻
②提升A的拉力较大
③提升A所做的额外功较少
④提升A做的有用功较多
A．只有①③ B．只有②④
C．只有②③ D．只有①④
3.用滑轮组将重400 N的物体提高3 m，已知滑轮组的机械效率是80％，则总功、额外功分别为( B )
A.300 J、1 500 J B.1 500 J、300 J
C.1 200 J、1 500 J D.1 500 J、1 200 J
4.用一个动滑轮，将200N的物体匀速提升2m，所用拉力F 为120N，此动滑轮的机械效率是多少？
已知：G=200N，h=2m，F=120N，s=2h=4m
解：W有=Gh=200N×2m=400J
W总=Fs=120N×4m=480J
η＝×100%=×100%≈83.3%
五、布置作业
完成相关练习，巩固所学知识.
1.在区分有用功、额外功和总功时，可以让学生进行思考和讨论，明白对沙子所做的功是有用功，而其他的如动滑轮、绳子、人自身重力等做的功，是无用而又不得不做的功，叫额外功．实际过程中使用机械做的功为总功．接着，教师还可以让学生结合实际事例相互交流与分析，从而加深理解有用功、额外功和总功的概念．
2.理解机械效率时，可以结合身边使用机械的实例，设计数据计算有用功、额外功和总功，再计算机械效率，这样既熟悉了功的计算，又加深了对机械效率的理解．
3.改变提起的物体的重力可以影响机械效率，教师可以设置以“同一滑轮组提起不同重力的物体，计算它的机械效率”为题目的实验，让学生动手计算进行比较，来消除学生心里的疑惑.
4.实验探究过程中可以放开思维，让学生大胆质疑，提出各种猜想假设，分组由他们自己设计、进行实验，分析论证、得出结论．教师也可以参与到学生的实验中．充分发挥学生的主动性、积极性，让学生体会到获取知识的乐趣．
5.因摩擦是影响机械效率的重要因素之一，实验中还可以使用粗糙程度不同的斜面，进一步探究摩擦对机械效率的影响，加深学生对机械效率的认识.

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