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逐字稿
封面页
同学们好！今天我们要进入第九章“机械和功”的第五节——“探究使用机械是否省功”的学习。大家想一想，在生活中我们会用到各种各样的机械，那使用这些机械到底能不能省功呢？带着这个疑问，让我们开启今天的学习之旅。
导入新课页
大家看这张图，工人在提升竖井中的重物时，没有直接提起重物，而是使用了滑轮组、定滑轮和轮轴等简单机械进行组合。那为什么要这么做呢？使用这些简单机械到底有什么优势呢？大家可以先思考一下，然后和旁边的同学交流交流。其实啊，使用简单机械可以省力、省距离，还能改变力的方向。那既然能省力、省距离，能不能省功呢？这就是我们今天要重点探究的问题。
观察与思考页
同学们，我们来看这两张图，一张是直接提升物体，另一张是用滑轮提升物体。那用机械提升物体与直接提升物体所做的功相同吗？大家仔细观察一下，然后大胆地猜测一下。接下来，我们就通过实验来探究这个问题。
探究使用机械是否省功 - 实验目的和步骤页
我们先来明确一下这次实验的目的。我们要比较用动滑轮和直接提升时所做的功。具体的实验步骤如下： 第一步，用弹簧测力计将钩码匀速提升一定的高度，然后计算拉力所做的功，我们把它记为(W1)。 第二步，用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码匀速提升相同的高度，再计算弹簧测力计的拉力所做的功，记为(W2)。 第三步，比较两次做功(W1)和(W2)的大小。
实验需要用到的器材有弹簧测力计、砝码、动滑轮、线等。大家在实验过程中一定要注意安全，严格按照实验步骤进行操作。
实验探究 - 实验注意事项页
在进行实验时，有几个注意事项大家一定要牢记。 第一，两次都要缓慢提升同一物体，并且提升相同的高度。 第二，测力计要在提升过程中读数，这样才能保证读数的准确性。 第三，测量距离时要记录始、末位置的刻度，这样才能准确计算出物体移动的距离。
收集数据页
现在大家已经完成了实验，我们来一起收集一下实验数据。大家看这个表格，第一列是直接用弹簧测力计提升的情况，包括拉力(F)、重物升高的高度(h)和拉力(F)做的功(W_1)；第二列是用弹簧测力计和一个动滑轮提升的情况，包括拉力(F')、绳子自由端移动的距离(s)和拉力(F')做的功(W_2)。大家把自己实验得到的数据填入表格中。
直接用弹簧测力计提升 用弹簧测力计和一个动滑轮提升
拉力(F/N) 重物升高的
高度(h/m) 拉力(F)做的
功(W_1 /J) 拉力(F’ / N)
绳子自由端移动的距离(s/m) 拉力(F’)做的
功(W_2 /J)
2 0.1 1.2 0.2
实验结果与结论页
通过实验我们发现，虽然在两次实验中钩码被提升了相同的高度，但用动滑轮提升做的功要多一些，也就是(W_1 < W_2)。这就说明，使用动滑轮提升物体不能省功。那为什么用动滑轮提升会多做功呢？这就涉及到使用机械做的三种功，接下来我们就来学习这部分内容。
使用机械做的三种功页
同学们，使用机械做的功可以分为三种。 第一种是有用功。我们使用机械提升钩码，将钩码提升一定的高度是我们的目的，所做的功叫做有用功，也就是克服物体重力做的功，记为(W_{有用})。计算公式是(W_{有用}=Gh)，这里的(G)是物体的重力，(h)是物体被提升的高度。 第二种是额外功。使用动滑轮提升重物时，不可避免地要对绳和动滑轮本身做功，还要克服摩擦不得不做的功，这部分功叫作额外功，记为(W_{额外})。如果不计摩擦和绳重，那么(W_{额外}=G_{动}h)，其中(G_{动})是动滑轮的重力。 第三种是总功。手拉绳所做的功叫作总功，记为(W_{总})。总功等于有用功与额外功之和。如果绳子自由端移动的距离为(s)，手拉绳子的力为(F)，滑轮重为(G_{动})，那么(W_{总}=W_{有用}+ W_{额外} =（G+G_{动}）h = Fs)。
从这里我们可以得出一个重要的结论：使用任何机械都不能省功。
实例分析页
大家看这张图，这是在生产力比较低下的时期，人们从水井中获取生活用水时使用的辘轳和水桶。当使用辘轳和水桶从井中提水时，对水桶做的功是额外功，因为我们的目的是提水，对水桶做功并不是我们想要的，但又不得不做；对水做的功是有用功，这是我们提水的目的；手的动力所做的功是总功，它包括了有用功和额外功。
机械效率 - 定义页
在物理学中，我们把有用功跟总功的比值叫做机械效率。它的定义式是(\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}})，其中(\eta)表示机械效率，(W_{有用})是有用功，(W_{总})是总功。机械效率没有单位，通常用百分数表示。
机械效率 - 单位和物理意义页
由于额外功不可避免，所以有用功总是小于总功，那么机械效率总小于(1)。在使用机械工作的时候，我们当然希望有用功在总功中所占份额越多越好，也就是做功的效率越高越好。机械效率反映了机械的性能高低，机械效率越高，说明这个机械越“给力”。
实例分析 - 数据表格页
大家看这个表格，这里记录了不同做功方式下的有用功、额外功、总功和机械效率。我们来分析一下，桶装，手吊运时，有用功是(300J)，额外功是(60J)，总功是(360J)，机械效率是(83%)；桶装，动滑轮吊运时，有用功还是(300J)，额外功变成了(90J)，总功是(390J)，机械效率是(77%)；袋装，动滑轮吊运时，有用功依然是(300J)，额外功是(45J)，总功是(345J)，机械效率是(86%)。大家可以看到，袋装，动滑轮吊运的有用功在总功中所占份额多，机械效率最高，说明这种办法最好。
交流讨论页
在日常生活中，很多场合都涉及“效率”的概念，比如学习效率。大家还能举出其他例子吗？像工作效率、劳动效率、生产效率等。大家可以思考一下，你举出的这个“效率”的意义是什么，然后和同学交流交流。
例题页
同学们，我们来看这道例题。工人利用滑轮组将一桶沙子从地面提升到(9m)高的楼层，桶和沙子的总质量为(118kg)，动滑轮的质量为(2kg)，忽略摩擦和绳重，(g)取(10N/kg)。我们要求滑轮组的机械效率。 首先，我们来计算桶和沙子所受的总重力(G_{桶沙}=m_{桶沙}g =118 kg\times10 N/kg=1180 N)。 然后，计算动滑轮所受的重力(G_{动}=m_{动}g=2kg\times10N/kg=20 N)。 接着，计算提升过程中的有用功(W_{有用}=G_{沙}h=1180N\times9 m=10 620 J)。 再计算提升过程中的额外功(W_{额外}=G_{动}h=20N\times9 m=180J)。 最后，计算拉力所做的总功(W_{总}=W_{有用}+W_{额外}=10620J+180J=10 800J)。 根据机械效率的定义式(\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}})，可得滑轮组的机械效率(\eta=\frac{10620J}{10800J}\approx 98.3%)。
影响机械效率的因素页
同学们，我们来看这张广告宣传画，一个巨大的滑轮提起一个小皮箱，宣传文字写着“事无大小，必尽全力”。那滑轮组机械效率与物重有什么定性关系呢？其实，用同一滑轮组提升物体时，物重越大，机械效率越高。在这张图中，滑轮提升的物体物重很小，机械效率很低，这其实是一种浪费。
影响滑轮组机械效率的因素主要有三个方面： 一是被提升物体的重力，物体重力越大，有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。 二是动滑轮、机械自身的重力，动滑轮和机械自身的重力越大，额外功就越多，机械效率就越低。 三是摩擦、绳子的重力，摩擦和绳子的重力会增加额外功，从而降低机械效率。
那大家想一想，有哪些措施可以提高机械效率呢？可以和小组同学讨论一下。
课堂小结页
同学们，今天我们学习了很多重要的知识。我们探究了使用机械是否省功，知道了使用任何机械都不能省功。还学习了使用机械做的三种功：有用功、额外功和总功。了解了机械效率的概念，它是有用功跟总功的比值，并且机械效率总小于(1)。最后，我们还分析了影响滑轮组机械效率的因素。希望大家课后能够认真复习，巩固今天所学的知识。好，今天的课就上到这里，同学们再见！
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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《探究使用机械是否省功》教学设计
一、教学目标
（一）物理观念
理解有用功、额外功、总功的概念，能区分三种功的物理意义。
掌握机械效率的定义及公式 理解机械效率总小于 1 的原因。
知道使用任何机械都不能省功，建立 “功的原理” 的物理观念。
（二）科学思维
通过实验数据分析，归纳 “使用机械不省功” 的结论，培养归纳推理能力。
运用类比法比较直接做功与机械做功的差异，提升科学思维的迁移能力。
通过分析机械效率的影响因素，培养逻辑分析和批判性思维。
（三）科学探究
经历 “提出问题 — 设计实验 — 收集数据 — 分析结论” 的探究过程，学习控制变量法的应用。
在实验中规范操作、记录数据，培养实验探究能力和误差分析能力。
（四）科学态度与责任
通过实验探究，培养严谨求实的科学态度和团队协作精神。
认识机械效率在生产生活中的应用价值，增强将物理知识服务于社会的责任感。
二、教学重难点
（一）教学重点
有用功、额外功、总功的概念及计算。
机械效率的定义、公式及应用。
（二）教学难点
理解 “使用任何机械都不省功” 的原理。
区分有用功与额外功，分析机械效率的影响因素。
三、教学方法
讲授法、实验探究法、讨论法、案例分析法
四、教学过程
（一）情景引入（5 分钟）
教师讲解：
展示工人使用滑轮组、定滑轮提升重物的图片，提问：“工人为什么不直接提起重物，而是使用机械？使用机械是否省功？”
演示：用手直接提起钩码和用动滑轮提起相同钩码，引导学生观察用力大小和移动距离的差异。
学生活动：
观察演示实验，结合生活经验讨论机械的优势（省力、改变力的方向），猜想是否省功。
活动目的：通过生活实例和演示实验创设问题情境，激发探究兴趣，建立认知冲突。
（二）实验探究：使用机械是否省功（15 分钟）
教师讲解：
明确实验目的：比较直接提升物体与用动滑轮提升物体所做的功。
指导实验设计：控制变量（同一物体、同一高度），讲解实验步骤及注意事项（缓慢匀速提升、准确测量力和距离）。
展示实验表格，强调数据记录规范。
学生活动：
分组实验：用弹簧测力计直接提升钩码和借助动滑轮提升相同钩码，记录拉力F、提升高度h、绳子移动距离s，计算W1 = Fh和W2 = F's。
分析数据，得出结论：W2 > W1，使用动滑轮不省功。
活动目的：通过自主实验探究，培养实验操作和数据分析能力，亲历 “使用机械不省功” 的结论推导。
（三）有用功、额外功、总功（10 分钟）
教师讲解：
结合实验结果，讲解三种功的概念：
有用功W有：为达到目的必须做的功（如提升重物W= Gh）。
额外功W额外：不可避免做的非目的功（如克服动滑轮重力、摩擦做功）。
总功W总：动力做的全部功（W总 = W有用+ W额外 = Fs）。
举例：用辘轳提水时，对水做的功是有用功，对水桶做的功是额外功，手的拉力做的功是总功。
学生活动：
讨论：“用桶装水时，哪些功是有用功？哪些是额外功？” 加深对三种功的理解。
活动目的：通过概念讲解和实例分析，帮助学生区分三种功，建立功的分类观念。
（四）机械效率（15 分钟）
教师讲解：
定义：有用功与总功的比值，公式，用百分数表示，< 1（额外功不可避免）。
例题分析：工人用滑轮组提升 118kg 沙子到 9m 高处，动滑轮重 2kg，计算机械效率。
步骤：①算总重力G = mg；②算有用功W有用 = Gh；③算额外功W额外 = Gh；④算总功W总= W有用+ W额外；⑤算。
影响因素：物重、动滑轮重、摩擦（同一滑轮组，物重越大，\eta越高）。
学生活动：
计算例题，规范解题步骤；讨论 “如何提高机械效率”（减小额外功，如减轻动滑轮、减小摩擦）。
活动目的：通过公式推导和例题计算，掌握机械效率的应用，理解其物理意义及影响因素。
（五）交流讨论与实例分析（10 分钟）
教师讲解：
展示不同做功方式的机械效率数据（如桶装吊运、袋装吊运），分析效率差异的原因。
讨论广告画 “巨大滑轮提小皮箱” 的科学性，强调 “物重越小，机械效率越低”，渗透 “效率与实用” 的联系。
学生活动：
举例生活中 “效率” 概念（如学习效率、工作效率），类比机械效率的意义，分享如何提高效率的措施。
活动目的：联系生活实际，培养知识迁移能力，增强节约能源和优化机械的意识。
（六）课堂小结（5 分钟）
教师讲解：
梳理知识框架：
实验结论：使用任何机械不省功。
三种功：W总 = W有用+ W额外。
机械效率：，影响因素及提高措施。
学生活动：
绘制思维导图，标注易错点（如额外功的来源），提出疑问（如 “是否存在 100% 效率的机械”）。
活动目的：构建系统知识体系，强化重点内容，为后续学习机械效率的应用奠定基础。
五、教学反思
实验探究中，学生可能因测量误差导致W2与W1的差值不明显，需引导分析误差来源（如测力计读数、距离测量）。
区分有用功和额外功时，可增加更多生活案例（如用斜面推物体），帮助学生突破难点。
机械效率的计算需强调单位统一和公式变形，避免计算错误。
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第五节 探究使用机械是否省功
第九章　机械和功
工人通过滑轮组、定滑轮和轮轴提升竖井中的重物。工人为什么不直接提起重物，而是将这么多的简单机械进行组合呢
使用滑轮组、定滑轮和轮轴等这些简单机械的优势是什么
导入新课
使用简单机械的优势
省力
省距离
改变力的方向
使用简单机械可以省力、省距离，能省功吗
导入新课
用机械提升物体与直接提升物体所做的功相同吗？
直接提升物体
用滑轮提升物体
观察与思考
1
探究使用机械是否省功
比较用动滑轮和直接提升时所做的功
明确实验目的和实验步骤
2
W1
W2
1.用弹簧测力计将钩码匀速提升一定的高度，计算拉力所做的功W1。
2.用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码匀速提升相司的高度，计算弹簧测力计的拉力所做的功W2。
实验目的
实验器材
3.比较两次做功W1和W2的大小。
弹簧测力计、砝码、动滑轮、线等
实验步骤
探究使用机械是否省功
①两次缓慢提升同一物体，且提升相同高度。
②测力计要在提升过程中读数。
③测量距离要记录始、末位置的刻度。
实验探究
3
直接用弹簧测力计提升 用弹簧测力计和一个动滑轮提升 拉力F/N 重物升高的 高度h/m 拉力F做的 功W1 /J 拉力F’ / N 绳子自由端移动的距离s/m 拉力F’做的
功W2 /J
2 0.1 1.2 0.2
实验注意事项：
探究使用机械是否省功
实验结果表明，虽然在两次实验中钩码被提升了相同的高度，但用动滑轮提升做的功要多一些。即W1 < W2
结论：使用动滑轮提升物体不能省功。
收集数据
4
直接用弹簧测力计提升 用弹簧测力计和一个动滑轮提升 拉力F/N 重物升高的 高度h/m 拉力F做的 功W1 /J 拉力F’ / N 绳子自由端移动的距离s/m 拉力F’做的
功W2 /J
2 0.1 0.2 1.2 0.2 0.24
省力并不省功
为什么多做功呢？
探究使用机械是否省功
①有用功：将钩码（重为G）提升一定的高度h是我们的目的，所做的功叫做有用功（即克服物体重力做的功）记为W有用。则:W有用=Gh
②额外功：使用动滑轮提升重物时不可避免地要对绳和动滑轮（G动）本身做功；还要克服摩擦不得不做的功，这部分功叫作额外功，记为W额外。若不计摩擦和绳重，则:W额外=G动h
使用机械做的三种功
1
③总功：手拉绳所做的功叫作总功，记为W总。总功等于有用功与额外功之和。若绳子自由端移动的距离为s ，手拉绳子的力为F，滑轮重为G动。则:
W总=W有用+ W额外 =（G+G动）h = Fs
结论：使用任何机械都不能省功。
机械效率
如图所示是在生产力比较低下的时期，人们从水井中获取生活用水时使用的辘轳和水桶。
当使用辘轳和水桶从井中提水时，对水桶做的功 ，对水做的功是 ，手的动力所做的功是 。(均填“总功”“有用功”或“额外功”)。
实例分析
2
额外功
有用功
总功
机械效率
单位
3
物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。
机械效率没有单位，通常用百分数表示。由于额外功不可避免，所以有用功总是小于总功，所以机械效率总小于1。
机械效率
总功( Ｊ )
定义式
2
物理意义
4
机械效率的定义
1
在使用机械工作的时候，有用功在总功中所占份额越多越好。做功的效率越高，它反应机械的性能高低。
有用功 ( Ｊ )
机械效率
实例分析
5
做功方式 有用功/J 额外功/J 总功/J 机械效率
桶装，手吊运 300 60 360 83%
桶装，动滑轮吊运 300 90 390 77%
袋装，动滑轮吊运 300 45 345 86%
袋装，动滑轮吊运的有用功在总功中所占份额多，机械效率最高，办法最好。
大米重100N
动滑轮重10N
桶重 20N
口袋重5N
机械效率
劳动效率
生产效率
工作效率
交流讨论
6
在日常生活中，很多场合涉及“效率”的概念，如学习效率等。你还能举出其他例子吗 说明你举出的这个“效率”的意义是什么，并与同学交流。
机械效率
例题 如图 9.5-3所示，工人利用滑轮组将一桶沙子从地面提升到9m高的楼层，桶和沙子的总质量为118kg，动滑轮的质量为2kg。忽略摩擦和绳重，g取10N/kg。求滑轮组的机械效率。
解：桶和沙子所受的总重力：
G桶沙=m桶沙g =118 kgx10 N/kg=1180 N,
动滑轮所受的重力：G动=m动g=2kgx10N/kg=20 N。
提升过程中的有用功：W有用=G沙h=1180Nx9 m=10 620 J。
拉力所做的总功：W总=W有用+W额外=10620J+180J=10 800J。
提升过程中的额外功：W额外=G动h=20Nx9 m=180J。
滑轮组的机械效率：
98.3％
答 滑轮组的机械效率为 98.3%。
机械效率
机械效率
图为某公司的一幅广告宣传画，一个巨大的滑轮提起一个小皮箱，宣传文字写着“事无大小，必尽全力”。请你分析滑轮组机械效率与物重的定性关系，并结合这个关系谈一谈你对这幅广告宣传画所表达观点的看法。
使用滑轮组提升重物时，影响其机械效率的因素有哪些
影响机械效率的因素
①被提升物体的重力
②动滑轮、机械自身的重力
用同一滑轮组提升物体时，物重越大，机械效率越高。
宣传画中滑轮提升物体，物重很小机械效率很低，是一种浪费。
影响机械效率的因素
③摩擦、绳子的重力
说一说提高机械效率的措施？
影响机械效率的因素
课堂小结

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