资源简介

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11.4 机械效率 教学设计
课题 11.4 机械效率 单元 第十一章 机械与功 学科 物理 年级 8
教材内容分析 在本课程的学习中，我们将深入探讨教科版八年级下册第十一章的第四节内容。这一节课程将详细讲解有用功、额外功以及总功的概念，并且会阐述它们之间的相互关系。此外，我们还将学习机械效率的定义，掌握其计算公式，并通过实例分析来加深对机械效率概念的理解。课程内容还包括对影响机械效率的各种因素的探讨，以及如何进行滑轮组机械效率的测量实验。通过这些理论知识与实践活动的结合，教材旨在引导学生深入理解机械效率的物理意义，同时培养他们的科学思维和实验操作能力。
2022新课标要求 2.2.6知道简单机械。探究并了解杠杆的平衡条件。机械效率与我们的生活息息相关，效率的概念已广泛应用于生活、社会和科技问题中，要求学生通过科学探究实验，经历提出问题、收集证据、解释和交流等过程，了解有用功和额外功，知道机械效率，认识机械效率的物理意义。通过经历测定某种简单机械的机械效率的过程，培养初步的科学探究和科学思维能力。要求学生通过实验探究和调查分析，理解机械效率不可能是100%，通过模型建构和科学推理等科学思维方法总结出提高机械效率的方法，知道提高机械效率的实际意义，有合理改进机械、提高效率的意识，增强将科学服务于人类和振兴中华的社会责任感。
学习目标与核心素养 物理观念：
1. 理解有用功、额外功、总功的含义及三者关系。
2. 掌握机械效率的定义、公式及物理意义，能进行简单计算。
科学思维：
1. 通过实例分析（如三种运沙方式），建立 “有用功 / 额外功” 的模型。
2. 通过实验数据对比，归纳影响机械效率的因素（如动滑轮重力、物体重力）。
科学探究：
1. 能设计并完成 “测量滑轮组机械效率” 的实验，记录数据并分析结论。
2. 运用控制变量法探究机械效率与动滑轮重、物体重的关系。
科学态度与责任：
1. 认识机械效率在生活中的实际应用，体会提高效率的经济意义。
2. 养成 “合理改进机械、节约能源” 的意识，增强社会责任感。
学情分析 学生们已经对功的概念有了深入的理解，并且能够熟练地进行计算。他们对于一些基础的机械原理，例如杠杆和滑轮的工作原理，也有了初步的了解和认识。然而，当涉及到“机械效率”这样的物理量时，他们可能会遇到理解上的障碍，因为这类物理量是通过“比值定义”来表达的。为了帮助学生们更好地理解这一概念，我们需要通过一些具体的实例来进行教学，比如运沙问题。通过这样的实际问题，学生们可以更清晰地区分出有用功和额外功，并且能够直观地感受到影响机械效率的各种因素。通过实验操作，他们将能够更直观地理解这些概念，并且在实践中加深对机械效率影响因素的认识。
重点 1. 有用功、额外功、总功的识别与计算。
2. 机械效率的公式应用与计算。
3. 测量滑轮组机械效率的实验设计与数据分析。
难点 1. 额外功的成因分析（如摩擦、机械自重）。
2. 机械效率与功率的概念辨析。
3. 控制变量法在探究机械效率影响因素中的应用。
材料准备 多媒体课件、弹簧测力计、滑轮组、钩码、刻度尺、铁架台、细绳等。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 1.提问引导：
功的原理内容是什么？实际中，直接用手做功与使用机械做功是否相同？给机械加润滑油的作用是什么？
2.情境引入：
展示 “小明和小聪用三种方式运沙上楼” 的情境图，提问：“哪种方法最好？为什么？”（引导学生从 “做功多少” 角度初步思考） 1. 回顾功的原理，思考机械使用中的额外消耗。
2. 观察情境图，结合生活经验分析三种运沙方式的差异，初步感知 “有用功” 与 “额外功” 的概念。 通过生活实例引发认知冲突，激发学生探究 “机械效率” 的兴趣，为新课铺垫。
讲授新课 一、有用功、额外功与总功
1.概念讲解：
有用功（W有）：为达到目的必须做的功（如运沙时对沙子做功）。
额外功（W额）：不需要但不得不做的功（如运沙时对桶、滑轮、人自重做功）。
总功（W总）：W总=W有+W额 。
2.实例分析：
结合三种运沙方式，列表对比各力做功，引导学生判断哪些是有用功、额外功。
3.计算强化：
给出具体数据（如沙子重 100N，提升高度 6m，各工具自重），计算三种方式的W有、W额、W总，并对比结果，得出 “额外功越少越高效”的结论。
二、机械效率1.定义与公式：
机械效率（η）：有用功与总功的比值，公式为η=。
物理意义：表示有用功在总功中所占比例，反映机械性能（如柴油机、起重机的机械效率数据展示）。
2.特性分析：
由于W有3.计算练习：
结合运沙实例，计算三种方式的机械效率，强化公式应用。
三、影响机械效率的因素与提高方法
1.因素分析：
额外功来源：机械自重（如动滑轮重）、摩擦（如滑轮轴摩擦）。
实例对比：同一滑轮组，提升重物越重，机械效率越高；提升相同重物，动滑轮越轻，机械效率越高。
2.提高方法：
减少额外功：改进机械结构（如减轻自重）、定期润滑减小摩擦。
举例说明：自行车链条润滑、起重机优化滑轮组设计。
四、测量滑轮组的机械效率1.实验原理：η=。
2.实验设计：
需测量物理量：物体重力G、提升高度h、拉力F、绳端移动距离s。
器材：滑轮组、弹簧测力计、刻度尺等。
3.实验步骤：
演示 “安装滑轮组→测量数据→改变动滑轮或物重→重复实验” 的流程。
强调 “竖直匀速拉动测力计” 的操作要点。
4.数据记录与结论：
展示实验数据表格，通过对比 (a)(b) 组（动滑轮重力不同）和 (b)(c) 组（物重不同），归纳结论：
提升相同重物，动滑轮越重，机械效率越低；
动滑轮重力一定，物体越重，机械效率越高。 结合运沙实例，理解并区分三种功的概念，参与公式推导与计算。
通过具体数据计算机械效率，体会 “比值” 的物理意义。
分析实验设计思路，记录数据并总结影响机械效率的因素。
思考生活中提高机械效率的实例（如汽车保养、机械减重）。 通过实例建模，帮助学生从具体到抽象理解物理概念。
结合实验数据，培养学生 “观察 — 分析 — 归纳” 的科学思维。
通过实验操作与误差分析，提升科学探究能力。
课堂练习 如图所示，小华用滑轮组水平向左匀速拉动A物体，A物体5s内移动了100cm，且A物体与水平地面的摩擦力大小为12N，已知滑轮组的机械效率为80%，则下列说法错误的是（　　）A．拉力F大小为4N B．绳子自由端移动的速度为0.6m/sC．拉力F做功的功率为3W D．拉力F在5s内对滑轮组做的额外功为3J2. 如图所示，工人利用滑轮组将质量为57kg的建筑材料匀速提升，绳子自由端移动的速度为0.4m/s，动滑轮的质量为3kg，忽略绳重和摩擦，则（　　）A．经过10s建筑材料被提升4m B．工人对绳子的拉力为300NC．经过10s工人做的有用功为2280J D．此过程中该滑轮组的机械效率为90%3. 如图所示，斜面长10m，高4m。用平行于斜面F=50N的拉力，将重100N的物体，从斜面的底端匀速拉到顶端。在此过程中，下列说法正确的是（　　）。A．利用此装置既可以省力，也可以省功 B．物体受到的摩擦力为50NC．对物体所做的有用功为500J D．该斜面的机械效率为4.如图所示，用滑轮组提升所受重力为900N的物体A，滑轮组绳子自由端在拉力F作用下40s内竖直匀速移动了12m，滑轮组的额外功是400J。则下列说法中正确的是（不计绳重和摩擦）（　　）A．动滑轮所受的重力为100N B．物体A上升的速度是0.1m/sC．拉力F的功率是90W D．滑轮组的机械效率是90%5. 如图所示，用同一滑轮组分别将物体A和物体B匀速提升相同的高度，与提升B相比，提升A的过程滑轮组的机械效率较大，若不计绳重与摩擦的影响，则提升A的过程（ ）A．额外功较小 B．额外功较大 C．总功较小 D．总功较大6. 如图所示，甲、乙分别为同一滑轮组的不同绕法，忽略绳重及一切阻力。用图甲绕法匀速提升重为900N的物体时，机械效率为90%。下列判断正确的是（　　）A．拉力F1的大小为450NB．用图乙绕法匀速提升400N重物时，机械效率为80%C．分别用两种绕法匀速提升相同重物时，图乙绕法机械效率大D．分别用两种绕法匀速提升相同重物升高相同高度，F2做功少
板书 11.4 机械效率
课外拓展/课外阅读内容 生活调查实践：
调查常见机械的机械效率，如汽车发动机（约 20%~35%）、起重机（40%~60%）、滑轮组（50%~80%），分析其额外功来源（如发动机的摩擦与散热、起重机钢索自重），思考工程师如何通过技术改进（如轻量化材料、低摩擦轴承）提升效率。跨学科思辨任务：
结合 “能量守恒定律” 思考：为何机械效率无法达到 100%？对比 “热机效率” 与 “机械效率” 的异同，撰写简短分析（提示：均涉及能量损耗，但热机侧重内能转化，机械效率侧重功的分配）。科技前沿阅读：
查阅资料了解 “超材料机械” 或 “磁悬浮机械” 在提升效率中的应用（如磁悬浮轴承消除摩擦），用 2-3 句话概括其原理，体会科技对机械性能的革新作用。
特色资源分析和技术手段说明 特色资源分析：情境化案例资源：以 “三种运沙方式” 为例，将抽象的功与机械效率概念转化为生活场景，通过具体数据对比（如不同工具的有用功、额外功计算），帮助学生直观理解机械效率的物理意义。实验探究资源：设计 “测量滑轮组机械效率” 的分组实验，配套可调节动滑轮、弹簧测力计等器材，通过控制变量法（改变物重或动滑轮重）引导学生自主探究影响因素，强化科学思维培养。可视化数据图表：课堂练习中引入拉力 - 高度变化图象、机械效率对比表格等，辅助学生从图像和数据中归纳规律，突破 “机械效率与功率辨析” 等难点。技术手段说明：多媒体课件：利用动态动画演示滑轮组工作过程，标注力与距离的关系，直观呈现s与h的倍数关系（s=nh），降低公式推导难度。数字化实验工具：若条件允许，可引入力传感器实时采集拉力数据，结合数据采集器绘制F t图像，提升实验数据的准确性与分析效率。互动答题平台：通过课堂即时反馈系统（如希沃白板）发布选择题，统计学生答题正确率，针对性讲解易错点（如额外功漏算问题），优化教学节奏。
教学反思 本节课以生活实例为切入点，通过 “运沙方式对比” 引导学生构建有用功、额外功概念，结合实验探究突破机械效率的抽象难点，整体逻辑符合八年级学生认知规律。从课堂反馈看，学生对三种功的辨析及公式计算掌握较好，但在 “机械效率与功率的概念辨析” 及 “实验误差分析” 环节仍存在混淆，反映出对 “比值定义物理量” 的本质理解不足，需通过对比练习强化。实验教学中，部分小组因 “竖直匀速拉动测力计” 操作不规范导致数据偏差，后续可增加微视频演示操作要点，并引导学生在实验前讨论误差来源。此外，课外拓展任务中，学生对 “超材料机械” 等前沿内容兴趣浓厚，可进一步整合跨学科资源（如能源与环保），提升科学态度与责任素养的培养深度。未来教学需更注重概念间的横向联系，通过思维导图等工具帮助学生构建完整知识体系。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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