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/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理学科
课题 12.4 机械效率 主编教师 复核教师
授课时数 1 课型 授新课 授课方法 多媒体 授课时间
学习目标 1. 建立概念：通过实例分析，理解有用功、额外功、总功的含义，能计算简单机械的总功。 2. 理解效率：机械效率的概念、定义式（η=W有/W总），知道其物理意义及表示方法。 3. 探究应用：能实验测量滑轮组的机械效率，了解其大小范围及提高机械效率的一般途径。
教学重点 有用功、额外功、总功的概念；机械效率的定义及计算。
教学难点 1. 正确区分有用功、额外功，并理解“总功=有用功+额外功”。 2. 理解机械效率的概念（η<1）及其物理意义（反映机械性能的优劣）。
一、 观作·三功析 【师生活动】 1. 情境对比： 情景A：用桶从井中提水。人对水和桶都做了功。 情景B：水桶掉入井中，从井中捞桶，桶中带了一些水。人对桶和水都做了功。 提问：“在这两个情景中，我们的‘工作目的’分别是什么？为了实现目的，我们实际不得不做了哪些功？” 2. 建立概念： 有用功(W有)：为了达到工作目的必须做的功。（如A中对水做的功，B中对桶做的功） 额外功(W额)：并非我们需要但又不得不做的功。（如A中对桶做的功，B中对水做的功） 总功(W总)：动力对机械所做的功，即有用功与额外功之和。W总 = W有 + W额。 3. 实例巩固：用动滑轮提升重物。提问：有用功、额外功、总功分别是什么？（W有=G物h， W额≈G动h+克服摩擦做功， W总=F s） 自然过渡：我们发现在使用机械时，总有一部分功是“额外”付出的。那么，不同的机械，或者同一机械在不同情况下，这种“额外付出”的程度一样吗？我们如何定量地比较和衡量一台机械工作时，有多少功是“有用”的呢？这就需要引入一个新的物理量。 二、 建模·效率立 【师生活动】 1. 定义与公式： 教师引导：物理学中，将有用功与总功的比值，叫做机械效率。它反映了机械对总功的利用率。 公式： η = (W有 / W总) × 100% η：机械效率，无单位，通常用百分数表示。 W有：有用功。 W总：总功。 2. 理解机械效率： 数值范围：因为 W有 < W总，且两者均为正值，所以 0 < η < 1（或 0% < η < 100%）。效率不可能等于或大于1。 物理意义：η越大，表示机械对总功的利用率越高，机械性能越好；η越小，则表示浪费的额外功越多。 注意：机械效率没有单位，是比值。它是一个反映机械本身性能的指标，与是否省力、是否省距离无关。 3. 初步计算：给出简单数据（如W有=600J， W总=800J），让学生计算η，并理解75%的含义。 自然过渡：我们从定义上理解了机械效率。那么，一个实际机械的效率具体是多少？我们能否测量出来？影响机械效率高低的因素又有哪些？让我们以滑轮组为例，通过实验来一探究竟。 三、 实测·探寻 【师生活动】 1. 实验原理：测量滑轮组的机械效率 η = W有 / W总 = (G物 h) / (F s)。 需测量物理量：物重G物、物体上升高度h、绳子自由端拉力F、绳子自由端移动距离s。 2. 分组实验： 实验装置：组装一个滑轮组（如一定一动）。 实验步骤： 1. 用测力计测出钩码（物）重力G。 2. 匀速竖直向上拉动测力计，读出拉力F。 3. 用刻度尺测量钩码上升高度h和绳端移动距离s。 4. 计算：W有 = G h， W总 = F s， η = (G h) / (F s)。 改变条件：使用同一滑轮组，提升不同重量的钩码（改变G物），分别测量并计算机械效率η。 3. 分析与结论： 引导学生分析数据，发现：对于同一滑轮组，提升的物体越重（G物越大），其机械效率越高。 解释：额外功（主要是提升动滑轮和克服摩擦）变化不大，有用功占比增大，故效率提高。 自然过渡：实验告诉我们，提升重物越重，滑轮组的效率越高。但在实际使用中，我们总希望机械的效率越高越好，这样可以节约能源。那么，提高机械效率有哪些普遍的方法呢？我们又该如何看待不同机械的效率呢？ 四、 驭理·效能提 【师生活动】 1. 提高效率的途径： 根据公式 η = W有 / W总 和 W总 = W有 + W额，引导学生推导出：η = 1 / (1 + W额/W有)。 讨论：如何提高η？ 减小额外功：减轻机械自重（如用轻质动滑轮）、减小摩擦（加润滑油、使用轴承）。 增大有用功：在机械能承受的范围内，增加每次提起的物重（增大有用功占比）。 2. 常见机械的效率范围： 展示一些常见机械的效率大致范围：起重机 40%-50%，水泵 60%-80%，汽油机 20%-30%，电动机 80%-90%。让学生感受不同机械的效率差异及其意义（节能的重要性）。 3. STS链接与情感教育： 讨论：为什么机械效率总是小于1？强调由于摩擦、自重等因素的存在，额外功不可避免，所以η<1。这体现了自然规律的客观性。 联系节能减排的社会议题，说明提高机械效率对节约能源、保护环境的重要意义。 五、 展评·收获园 【师生活动】 1. 课堂小结：师生共同构建概念关系图：功（W有、W额、W总）→ 机械效率（η=W有/W总）→ 测量与计算 → 提高途径 → 社会意义。 2. 展示与评价环节： 评价活动：“机械效率分析师”。提供两个问题情境，小组选择其一进行分析。 情境一（数据分析）：甲、乙两台起重机，分别把重力为G0的物体匀速提升相同高度。甲的机械效率为80%，乙的机械效率为60%。哪台起重机做的额外功多？哪台的总功多？请说明理由。 情境二（方案评估）：工人用滑轮组提升建材。 方案A：使用一个较轻的动滑轮，一次提升一件建材。 方案B：使用一个较重的动滑轮，一次提升三件相同的建材。假设摩擦相同，从机械效率角度分析，哪个方案可能更优？为什么？ 1. 基础作业：完成教材本节“练习与应用”第1、2、3、4题。 2. 调查作业：查看家中某一家用电器的能效标识（如空调、冰箱），了解其能效等级，并思考“能效”与“机械效率”概念的异同。 设计意图个性化修改 【设计意图】 通过两个目的相反的对比情境，引导学生从“工作目的”出发，辨析“必须要做的功”和“不得不做的功”，从而自然、生动地建构“有用功”、“额外功”、“总功”这三个核心概念。避免抽象定义，从功能角度理解，为机械效率概念的引入铺平道路。 【设计意图】 在“三功”概念的基础上，自然引出“机械效率”的定义。通过强调其比值定义、百分数形式、小于1的特性，帮助学生准确建立概念。通过解释其物理意义，使学生理解“效率”的价值在于衡量性能优劣，而不仅仅是另一个计算公式。这是从具体现象到抽象概念的提升。 【设计意图】 本环节旨在将抽象的效率概念转化为可操作的测量任务，并探究其影响因素。学生通过动手测量、计算，亲身经历效率的得出过程，加深理解。通过“改变物重”的对比实验，引导学生自主发现“物重影响效率”的规律，并尝试用“三功”关系进行解释，培养探究能力和分析能力。 【设计意图】 本环节是知识的深化、应用与价值观引导。从公式出发推导提高效率的途径，培养学生的逻辑推理能力。展示效率范围，将理论与工程实际结合，开阔视野。讨论“η<1”的必然性，进行科学本质教育。联系节能减排，凸显物理学的社会价值，培养学生的社会责任感和节能意识。过渡到综合评价时，创设“分析师”角色，引导学生综合应用所学。
板书设计： 12.4 机械效率 一、 三种功 1. 有用功 (W有)：为达目的必须做的功。 2. 额外功 (W额)：并非需要但不得不做的功。 3. 总功 (W总)：动力对机械做的功。W总 = W有 + W额二、 机械效率 (η) 4. 定义：有用功与总功的比值。 5. 公式： η = (W有 / W总) × 100% 6. 特点：η < 1，无单位，用百分数表示。反映机械性能优劣。三、 测量：滑轮组的机械效率 η = W有 / W总 = (G物 h) / (F s)四、 提高机械效率的途径 减小额外功（减自重、减摩擦）。 在允许范围内增加有用功（增大每次提升物重）。 教学反思 “机械效率”是“简单机械”单元的终结与升华，概念抽象且综合性。本设计力图在具体情境中建构概念，在实验探究中理解规律，在分析应用中形成观念。 两个评价情境均需要综合分析与逻辑推理。情境一（比较起重机）要求逆向运用效率定义，比较额外功和总功，思维有一定深度。情境二（评估方案）是典型的工程决策问题，需要综合考虑“自重”和“载重”对效率的共同影响，甚至涉及“在有用功相同时比较”的隐含条件，挑战性大，能有效区分不同层次学生的理解水平。评价表设计合理。概念关系图式总结很好地梳理了本节的知识逻辑。总结寄语将“效率”从物理概念拓展到人生哲学，富有启发性。调查作业（能效标识）将课堂延伸至生活，体现了物理与社会的紧密联系。
【教学设计总结】
本设计以“三功”为基石，以“效率”为核心，以“探究”为路径，以“应用”为归宿，引导学生逐步建构机械效率的知识体系。通过对比情境厘清核心概念，通过实验探究理解效率内涵及影响因素，通过STS链接认识其社会价值。注重培养学生从实际中抽象模型、在探究中归纳规律、在应用中解决实际问题的能力，旨在形成正确的能量观和效率意识。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）

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