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(共23张PPT)
第十二章 简单机械
第4节 机械效率
教学分析
课前准备
学习目标
1.结合实例了解什么是有用功、额外功和总功，并清楚它们之间的关系
2.知道什么是机械效率,知道机械效率总小于1,掌握其计算方法
3.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
课前准备
教学分析
学习重点 ：知道机械效率，掌握其计算方法。
学习难点 ：探究影响滑轮组机械效率的因素。
学习方法 ：实验探究法、举例讲述法
相关准备：刻度尺、钩码（0.2kg)若干、弹簧测力计、铁架台、滑轮组、长约2m的细绳、一块长木板、小车、几块高度不相等的木块、毛巾、玻璃
教学内容
01
情境引入
02
互动新授
03
巩固拓展
04
课堂小结
点我喔
情境引入
想一想
小明家装修房子,需要把这堆沙子从一楼运到三楼,你有哪些方法 请同学们思考讨论
互动新授
知识点一 有用功和额外功
小活动
如下图所示,将重100N的沙子运到三楼,每个楼层的高度是3 m.(楼板的厚度不计)
1.图中三种方法有什么区别
2.每种方法人需做几部分功
3.哪部分功是无论采取哪种方法都必须做的功
4.每种方法中,人一共做了多少功
图中三种方法是有区别的,第一种情况人用桶提着沙子上三楼,第二种情况是人用动滑轮将桶与沙子提到三楼,第三种情况是人用动滑轮将口袋与沙子提到三楼.
提示:三种方法的目的均是把沙子运到三楼,在此过程中沙子升高的距离是两层楼的高度,即6m.
互动新授
第一组:第一种情况是人用桶提着沙子走上三楼,克服自身重力做功、将桶提到三楼做功、将沙子提到三楼做功,这种情况下,人用桶提着沙子上三楼做的功:W1=G人h+G桶h+G沙h=(400 N+20 N+100 N)x6 m=3 120 J.
第二组:第二种情况是人用动滑轮将桶与沙子提到三楼,将动滑轮提到三楼做功、将桶提到三楼做功、将沙子提到三楼做功.这种情况下,人用动滑轮将桶与沙子
提到三楼做的功:W =G动h+G桶h+G沙h=(10 N+20 N+100 N)X6 m=780 J.
第三组:第三种情况是人用动滑轮将口袋与沙子提到三楼,将动滑轮提到三楼做功、将口袋提到三楼做功、将沙子提到三楼做功,这种情况下,人用动滑轮将口袋与沙子提上三楼做的功:
W =G动 h+G袋 h+G沙h=(10 N+5 N+100 N)x6 m=690 J.
互动新授
其实,我们的原本目的“将沙子运上三楼”需要做多少功呢
W=G:h=100 NX6 m=600 J.
这个600]的功是人们为了达到目的,无论采用哪种方法都必须做的功,称为有用功(W有用).除了这600J之外,上面的三种情况中,我们都多做了一些功.这些功是人们为达到一定目的时并不需要但又不得不额外做的功,称为额外功(W额外).
为什么会产生额外功呢
总结:它的产生主要有两种原因:
(1)提升物体时,克服机械自重、容器重量等所做的功,如用动滑轮提一桶水时,克服动滑轮和桶重所做的功为额外功.W额外=G‘h.
(2)克服机械的摩擦所做的功都是额外功,W额外=fs.
人们在达到一定目的的过程中,实际做的功等于有用功与额外功的总和,这个功叫作总功,W总=W有用十W额外.
互动新授
知识点二 机械效率
由三个小组分别找出各自情况下的有用功、额外功和总功.
第一组:有用功是600J,额外功是2520J,总功是3120J;
第二组:有用功是600J,额外功是180J,总功是780J;
第三组:有用功是600J,额外功是90J,总功是690J.
如果让大家来选择,你会采取哪种方式将沙子运上三楼呢
互动新授
如果我们在选择某一简单机械完成相同的功,大家将会选择什么情况的机械呢 (要选择少做额外功的机械)
这应该是反映机械优劣的一个很重要的指标.我们将有用功跟总功的比值叫作机械效率,用字母n表示.即:机械效率=有用功/总功.用字母表示为:n=W有用/W总
关于机械效率,强调以下几点:
1.机械效率是有用功与总功之比,它只有大小,没有单位(1)由于有用功总小于总功,所以机械效率总小于1,通常用百分数来表示;(2)机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量,机械效率越高,这个机械的性能越好.
2.机械效率由有用功和总功两个因素决定,分析机械效率高低时不能只考虑
一个因素。
(1)当总功一定时,机械做的有用功越多,或额外功越少,机械效率就越高;(2)当有用功一定时,机械所做的总功越少,或额外功越少,机械效率就越高;(3)当额外功一定时,机械所做的总功越多,有用功在总功中所占的比例就越大,机械效率就越高。
互动新授
下面我们通过一道例题，来进一步理解“机械效率”.请看教材P119例题，并找出已知量和所求量。
互动新授
得出：已知量有：重物的质量m = 0.5t，重物被匀速提升的高度h = 3m，电动机所做的总功W总 = 3.4×10 4J，所求量是：起重机的机械效率n 提问：要想求出“起重机的机械效率”，你的解题思路是什么 要求哪些物理量，求这些物理量所用的公式分别是什么
总结：我们要求的物理量有：1 .有用功W有用，用到的公式为W有用= Fh.2 .机械效率n用到的公式为n=W有用/W总
.注意：因为起重机是匀速提升重物，所以起重机对重物的拉力与重物受到的重力是一对平衡力，即拉力的大小F = mg .重物在拉力的作用下沿着竖直方向移动的距离h = 3 m .
互动新授
知识点三 提高机械效率的方法
想一想
机械效率总是一定的吗 我们以滑轮组为例,设计实验来探究这个问题.
实验器材:刻度尺、钩码(每个200g)、弹簧测力计、铁架台、长约2m的细绳.组装如右图所示的滑轮组,
问:我们要测量此滑轮组的机械效率,实验思路是什么 .
问:要想知道有用功和总功,需要测量哪些量
互动新授
想一想
【实验步骤】
1.用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入下表.
2.按照右图安装滑轮组,分别记下钩码和绳端(弹簧测力计挂钩底部)的位置.
3.缓慢拉动弹簧测力计,使钩码升高,读出拉力F,用刻度尺测出钩码提升的高度ん和绳端移动的距离s,将这三个量填入下表.
4.算出有用功 W有用、总功 W总、机械效率n,并填入下表.
5.改变钩码的数量,重复上面的实验.
实验数据记录表:
互动新授
想一想
用同一滑轮组提升重力不同的物体时,机械效率是不同的,提升的重物越重,机械效率越高.
同一机械,提升某一重物时的机械效率计算出来了,如果更换了重物,这个滑轮组提升新的重物时的机械效率会发生变化,这是同学们在机械效率的计算题中极易忽视的问题.
人们在使用机械时,总希望有用功在总功中所占的比例大些,具体应该怎么办呢
在一般情况下,有用功是一定的.因此,提高机械效率的方法是减小额外功,而不是增大有用功.
额外功的产生主要是克服摩擦做功和克服机械自重做功,因此从减小额外功这一角度出发,提高机械效率的主要方法是:改进机械结构,尽量减小机械自重;合理使用机械,按规定进行保养以减小摩擦.
互动新授
斜面也是一种机械,那么使用斜面能否省功 若不能省功,那么斜面的机械效率与哪些因素有关 我们该如何测量并探究斜面的机械效率呢
设计实验
讨论完成以下问题:
(1)当一个物理量与几个因素有关时,我们用什么方法来进行实验
(2)探究斜面的机械效率,需要测量哪些物理量
(3)我们需要哪些测量仪器
(4)斜面的机械效率表达式是什么
(5)你准备怎样测量拉力的大小
互动新授
小问题
【实验器材】一块长木板、小车、弹簧测力计、刻度尺、几块高度不相等的木块、毛巾、玻璃、细绳.
3.实验过程
(1)用弹簧测力计测得小车的重力G
(2)用长木板和木块组成如图所示的斜面,把小车通过细绳与弹簧测力计连接,沿斜面拉动弹簧测力计,把小车匀速拉上斜面.
(3)分别从弹簧测力计上读出拉力F,并用刻度尺测出小车移动的距离s和升高的高度h.
互动新授
实验结论：
(1)实验表明,使用斜面不能省功.(2)在使用光滑程度一样的斜面时,斜面越陡,越不省力,机械效率越高
巩固拓展
下列说法中正确的是(D)
A.机械效率越高,机械做功一定越快
B.做功越多的机械,机械效率一定越高
C.功率越大的机械,机械效率一定越高
D.做功越快的机械,功率一定越大
巩固拓展
解析:功率是表示机械做功快慢的物理量,功率大只表示机械做功快;机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量,机械效率高只表示机械对总功的利用率高,功率大的机械,机械效率不一定高;机械效率高的机械,功率也不一定大,所以 A、C选项错误,做功越多的机械,有用功与总功的比值不一定大,机械效率不一定高,所以B选项错误,做功越快,功率一定越大,因为功率是表示做功快慢的物理量,所以D选项正确,
巩固拓展
如右图所示,用50N的拉力使物体匀速上升,不计绳重与摩擦,此时整个装置的机械效率是80%.
(1)物体的重力是多大
(2)若物体的重力是240N,则绳的拉力是多大
课堂小结
下节课，再见！

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