资源简介

12.3机械效率
【学习目标】
1．知道有用功、额外功、总功的含义，知道他们之间的关系。
2．知道机械效率的概念，能结合具体实例认识什么是有用功、额外功、总功，会计算机械效率。
3．通过实验了解滑轮组机械效率的高低与物体重力的大小有关，知道提高机械效率的方法。
4．经历探究滑轮组机械效率的过程。通过探究，培养学生拟定简单的科学探究计划和实施试验方案的能力。
【教学重难点】
重点：机械效率的概念和有关计算。
难点：测量滑轮组的机械效率。
【教学方法】
启发诱导法、实验探究法、讨论法、观察对比法。
【教学过程】
新课导入：
小明家最近买了一套新房，家在三楼。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？
如图所示的三种方法可供参考：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。
请学生发表自己的见解，提出各种方案。并对各个方案进行讨论，比较优缺点。
新课讲授：
探究点一、有用功和额外功
活动1：猜想与假设：直接提升物体做功，与使用机械提升物体做功相同吗？
活动2：进行实验：
G/N h/m W直/J F/N s/m W机/J
2 0.1 0.2 1.2 0.2 0.24
结论：使用动滑轮比直接提升物体不省功。
推论：使用任何机械不省功。
有用功：直接对物体所做的功（工作目的）。
总功：利用机械所做的功（实际付出）,即有用功加额外功是总共做的功。
W总=W有用+W额外
额外功：由于机械自重和摩擦等因素影响，而不得不做的功（无用付出）。
活动3：拓展：三种机械各种功的比较
机械功 杠杆 滑轮组(提重物) 斜面
有用功 W有用＝Gh W有用＝Gh W有用＝Gh
额外功 克服杠杆本身重力、摩擦力所做的功W额外＝W总－W有用 克服动滑轮重、绳重、摩擦力所做的功①W额外＝W总－W有用②若不计绳重、摩擦力，W额外＝G动h 克服摩擦力所做的功①W额外＝W总－W有用②W额外＝fL
总功 W总＝Fs W总＝Fs W总＝FL
探究点二、机械效率
活动1：在保证所做有用功一定的情况下，人们总是希望额外功越少越好。即额外功在总功中所占的比例越少越好。物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。如果用η（读作aita）表示机械效率，那么有我们总希望，有用功占总功的份额越大越好。
机械效率＝×100%
计算公式：η＝×100%
注意：机械效率没有单位，用百分数表示更好。
活动2：思考与讨论：机械效率会大于1吗？为什么？
实际生活中有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。
活动3：起重机的机械效率是50%，它表示什么意义？
使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值是50%，也可以说有用功在总功中占的比例是50%，另外的50％是额外功。
活动4：简介常见机械的效率
滑轮组 50%—70%
起重机 40%—50%
抽水机 60%—80%
离心式水泵 60%－80%
因此，使用机械时，要充分发挥机械设备的作用，减小额外功以提高机械效率。
活动5：机械效率可以通过实验进行测量。下面我们测量的是滑轮组的机械效率。实验之前应该考虑：需要测量哪几个量？怎样计算有用功？怎样计算总功？
1．如何测量滑轮组的机械效率：
(1)实验原理：η＝×100%＝×100%
(2)器材：刻度尺、钩码、弹簧测力计、铁架台、甲、乙两个滑轮组、长约2 m的细绳。
(3)步骤：
①用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格。
②分别记下钩码和弹簧测力计的位置。
③缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F的值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s，将这三个量填入表格。
④算出有用功W有用、总功W总、机械效率η并填入表格。
实验次数 G(N) h(m) W有用(J) F(N) s(m) W总(J) η
1
2
3
4
(4)结论：
①动滑轮重一定，物重越大，机械效率越高。
②物重一定，动滑轮越重，机械效率越低。
活动6：影响滑轮组机械效率的因素
摩擦、绳重（轮与轴及轮与绳之间）（减小摩擦可以减少额外功，提高机械效率）
如：加强机械运动部位的润滑、采用轻质细绳
物重（物重增加，机械效率提高）
滑轮重（动滑轮重减小，机械效率提高）
活动7：讨论：如何提高滑轮组的机械效率？
学生讨论后得出：提高滑轮组的机械效率的主要方法有：尽可能地增加物重；减小动滑轮重；减轻绳重和滑轮转轴处的摩擦。
提高机械效率可以充分地发挥机械设备的作用，对节能减排，提高经济效益有重要的意义。提高机械效率的主要办法是改进结构，使它更合理、更轻巧。在使用中按照技术规程经常保养，使机械处于良好的状态，对于保持和提高机械效率也有重要作用。
课堂练习：
1．关于机械效率，下列说法中正确的是（　　）
A．机械效率越高，做的功就越多
B．总功一定时，额外功越少，机械效率越高
C．机械做功越多，效率就越高
D．额外功越少，机械效率越高
【答案】B
【解析】A．机械效率是有用功与总功的比值，所以机械效率越高，但总功不确定，做的功不一定越多，故A错误；
B．机械效率是有用功与总功的比值，总功一定时，额外功越少，有用功越多，所以机械效率越高，故B正确；
C．机械效率是有用功与总功的比值，所以机械做功越多，但总功不确定，机械效率不一定越高，故C错误；
D．机械效率是有用功与总功的比值，所以额外功越少，但有用功不确定，机械效率不一定越高，故D错误。
故选：B。
2．两台机械完成的有用功之比W1：W2＝4：3，机械效率分别为η1＝60%，η2＝75%，则两台机械所做总功之比为（　　）
A．5：3 B．3：5 C．16：15 D．15：16
【答案】A
【解析】由题意可知，W1：W2＝4：3，η1＝60%，η2＝75%，
由η＝可得，两台机械所做总功之比：
＝＝×＝×＝。
故选：A。
3．小明值日时用水桶提水从一楼上到三楼，下列关于小明做功的说法中正确的是（　　）
A．对水所做的功是有用功 B．对水所做的功是额外功
C．对桶所做的功是有用功 D．对水所做的功是总功
【答案】A
【解析】AC．小明目的是提水，对水做的功为有用功，故A正确、C错误；
B．对桶做的功为额外功，故B错误；
D．小明把水、桶、自身提升做的功为总功，故D错误。
故选：A。
4．用如图所示的滑轮组把重400 N的物体提升1 m，所用拉力F的大小为220 N，下列说法正确的是（　　）
A．这个滑轮组能省距离
B．绳子自由端被拉下了2 m
C．拉力F做的功是220 J
D．该滑轮组机械效率是55%
【答案】B
【解析】AB．由图可知n＝2，绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×1 m＝2 m＞h，故A错误，B正确；
C．拉力F做的总功：W总＝Fs＝220 N×2 m＝440 J，故C错误；
D．有用功：W有＝Gh＝400 N×1 m＝400 J，所以滑轮组的机械效率：η＝×100%＝×100%≈90.9%，故D错误。
故选：B。
5．小明用动滑轮竖直向上提升重物，下列措施能提高动滑轮机械效率的是（　　）
A．减小动滑轮的重力 B．增大重物上升的高度
C．减小物体的重力 D．增大重物上升的速度
【答案】A
【解析】
A．减小动滑轮的重力，在其他条件不变时，需要做的额外功减少，有用功不变，能提高动滑轮的机械效率，故A符合题意；
BD．动滑轮的机械效率η＝＝＝＝，说明机械效率的高低与物体被提升的高度及上升速度无关，故BD不符合题意；
C．减小重物的重力，在其他条件不变时，所做的有用功会减少，额外功不变，这样有用功在总功中所占的比例就会降低，即动滑轮的机械效率降低，故C不符合题意。
故选：A。
课堂小结：
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＋W额
2．机械效率：
(1)有用功与总功的比值叫作机械效率
(2)η＝×100%
常用百分数表示，η<1
3．测量滑轮组的机械效率
实验原理
步骤
作业布置：
完成配套课后练习。
【板书设计】
12.3机械效率
一、有用功、额外功、总功
1．有用功W有：我们所需要的功
2．额外功W額：对于额外负担所不得不做的功。
3．总功W总：有用功与额外功。
二、机械效率
1．机械效率：有用功与总功之比。
2．公式：
η是没有单位的物理量，小于1，常用百分数表示。
三、测量滑轮组的机械效率
1．实验原理
2．器材
3．步骤
【课后反思】
本节主要讲述有用功、额外功、总功与机械效率等方面的内容。初学“机械效率”，往往对这些概念陌生难懂，思维不通、前后矛盾，甚至分析实际问题中把有用功、额外功、总功弄混淆。想要学生理解机械效率的物理含义以及计算机械效率，就必须使学生分清楚哪部分功是有用功，哪部分功是额外功，或者哪个力做的功是有用功，哪个力做的功是额外功，哪个力做的功是总功。机械做功以及机械效率与实际生活联系比较密切，从学生熟悉的实例出发，本节课教学设计应当注重更多地和生活实际相联系，调动学生自主学习的积极性和主动性。教学设计注意体现物理学的价值，提高学生理论联系实际、解决实际问题的能力，在教与学过程中促进学生科学的价值观和世界观的形成。

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