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11.3 机械效率教学设计
课题 11.3 机械效率 单元 第十一章 功与机械能 学科 物理 年级 九级
教材内容分析 本节教材首先明确：使用机械时，对机械所做的功并不都是有用的，其中有一些是不得不做的额外功。然后通过“活动1”分析有用功和额外功，通过滑轮组提起重物和利用挖掘机挖掘、搬运泥土两个实例，对论点进行论证----有些功是我们需要的功，有些功是不得不做的额外功。基于“活动1”的两个实例引出有用功、额外功和总功三个概念，导出有用功、额外功和总功的关系。接着对机械效率进行定义，由定义得出公式，通过“想一想”引导学生讨论“机械效率的数值会等于或大于1吗”，完善机械效率的概念，对“不得不做的”额外功的理解进行强化。最后通过“活动2”的实验，实际测量滑轮组的机械效率，分析使用同一机械做功，机械效率不同的原因，讨论并总结提高机械效率的办法。教材编写注重学生活动，“活动1”源于生活实例，在分析实例中建构机械效率的概念，实现了“从生活走向物理”。“活动2”通过测量滑轮组机械效率，了解影响滑轮组机械效率的同时，认识100%的能量利用只是一种理想情况，由此拓展到如何提高效率这一社会问题，体现“从物理走向社会”的课程理念。
新课标要求 3.2.3 知道机械效率。了解提高机械效率的意义和途径。
学习 目标与核心素养 1.通过实例了解有用功、额外功和总功的含义，以及它们之间关系。知道机械效率的物理意义、定义、公式，会用机械效率的公式进行简单的计算。 2.会测量滑轮组的机械效率，提升学生设计方案、收集数据、形成结论并作出解释的科学探究和科学思维能力。 4.知道机械做功存在效率问题，会分析机械做功时产生额外功的原因，初步领会“100%”的机械效率只是一种理想情况。 5.知道提高机械效率的实际意义和途径，形成合理改进机械、提高机械效率的意识，增强将科学服务于人类的使命感与责任感。
学情分析 学生已掌握功、简单机械相关知识，具备基础实验能力。但对有用功、额外功概念抽象难辨析，易混淆机械效率与功率，存在 “省力机械效率就高” 的思维误区。学生层次分化明显，需依托实验情境突破概念难点，落实 2022 课标探究要求。
重点 有用功、额外功、总功及机械效率
难点 通过测量滑轮组机械效率，理解同一机械的效率是可变的，了解提高机械效率的办法和作用。
材料准备 教具：相关多媒体素材 学具：分组准备弹簧测力计、铁架台、直尺、滑轮、细线、钩码
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 情景导入 1.播放井中提水视频 2.师：从水井中提水，目的是将水从井中提起，从而对水做功。同时我们还不得不额外地对桶和绳子做一部分功。 让学生认识“额外功”是不得不做的
讲授新课 一、有用功与额外功 1.活动1 分析有用功与额外功 用滑轮组提起重物 ⑴播放用滑轮组提起重物视频 ⑵师生交流讨论归纳： ①用滑轮组提升重物的过程中哪些物体被一并提升？ （重物、动滑轮、绳子） ②动力对哪些物体做了功？ （重物、动滑轮、绳子以及克服各部分之间的摩擦做功） ③哪些功是我们需要的、有价值的？ （提升重物所做的功） ④哪些功无利用价值又不得不做？ （对动滑轮、绳子以及克服摩擦所做的功） 利用挖掘机、搬运 泥土 ⑴播放用挖掘机船运泥土视频 ⑵师生交流讨论归纳： ①挖掘机搬运泥土时随泥土一同被抬升的物体有哪些？ （泥土、抓斗、机械臂） ②动力对哪些物体做了功？ （泥土、抓斗、机械臂以及克服各部分之间的摩擦做功） ③哪些功是我们需要的、有价值的？ （对泥土所做的功） ④哪些功无利用价值又不得不做？ （对机器（抓斗、机械臂）以及克服摩擦所做的功） 2.讲解 ⑴有用功：我们需要的有价值的功（W有(用)）； ⑵额外功：克服机械部件自身的重力和摩擦力等做一定量的功，这部分无利用价值又不得不做的功（W额） ⑶总功：动力对机械做的功（W总） ⑷在实际使用机械做功时，总功应等于有用功与额外功之和 W总=W有用+W额外 W额外>0 W总>W有用 3.师生交流讨论归纳下列事例中的有用功、额外功、总功（不考虑绳重和摩擦） 事例目的有用功额外功总功1.用桶从井中提水提水G水h+G桶h= W总2.水桶掉进井里要把桶捞起来捞桶G桶h+G水h= W总3.用书包把书背上楼背书G书h+（G包+G人）h= W总
4.师生交流讨论归纳下列常见机械做功时的有用功、额外功、总功：⑴杠杆； ⑵竖直滑轮组； ⑶斜面； ⑷水平滑轮组；（分析图表见PPT) 二、机械效率 1.师：在使用机械时，额外功是不可避免的。既然不可避免，退而求其次的愿望就是尽量减小额外功，增加有用功在总功中占有比例，即：当有用功一定时，尽量减小额外功；当额外功一定时，尽量增加有用功；或者减小额外功，增加有用功。总之，就是让有用功在总功中占的比例越大越好，有用功占的比例越大，说明机械工作的效率越高。。 2.讲解 机械效率：有用功W有跟总功W总的比值 机械效率＝ 公式： η= 说明：η常用百分数表示； 机械效率是体现机械性能的重要指标。 3.思考讨论： ⑴机械效率的高低表示的物理意义是什么？ 答：有用功在总功中所占比例的高低。 ⑵机械效率的单位是什么？ 答：机械效率是一个比值，没有单位 ⑶机械效率能不能大于或等于1？为什么 答：不能。使用机械做功时，一般情况下，不可避免地要做一部分额外功，有用功总小于总功。 机械效率等于1只是种理想状况。 4.归纳：⑴η总小于1；⑵η 没有单位 5.例、如图所示，用滑轮组把重为270N的货物匀速提到1m高的楼上，所用拉力100N，则有用功、总功和滑轮组的机械效率分别是多少？ 解：W有=Gh=270N×1m=270J W总=FS=Fnh=100N×3×1m=300J η=×100%=×100%=90% 答：略 三、活动2 测算滑轮组的机械效率 1.师生交流讨论： ⑴测量滑轮组机械效率的实验原理是什么？ ⑵如何通过测量计算有用功和额外功？需要测量哪些量？需要哪些器材？ 2.教师归纳： 实验目的：测算滑轮组的机械效率 实验原理： η =×100% 实验器材： 弹簧测力计、刻度尺、滑轮、细绳、铁架台 实验步骤：⑴用弹簧测力计测出物体的物重G。 ⑵按图11-17组装滑轮组，在刻度尺上记下物体和细绳自由端的位置。 ⑶ 竖直匀速拉动弹簧测力计，用滑轮组提升重物，由弹簧测力计读出拉力F。在刻度尺上记下物体和绳子自由端的位置，读出物体上升的高度h和细绳移动的距离s，并将实验数据记入表表11-3-1中。 ⑷改变物体的重力G重复上述实验。 3.强调：要竖直匀速拉动弹簧测力计。 4.交流讨论归纳：何时读取拉力的大小？是开始拉动时？还是匀速拉动过程中？还是将要停止时？ (匀速拉动过程中，此时滑轮组处于平衡状态，弹簧测力计拉力大小等于绳子实际拉力) 5.分组完成实验汇报实验数据 6.讨论分析归纳： ⑴同一滑轮组，在提升不同的重物时，其机械效率是否相同？为什么？ 不同，同一滑轮组提升重物时，物体越重，所做有用功越多，而额外功几乎不变，有用功在总功中所占比例越大，机械效率越高。 ⑵还有什么因素会影响滑轮组的机械效率？为什么？） （动滑轮重、摩擦，在有用功一定的情况下，动滑轮越重，摩擦力越大，所做额外功越多，有用功在总功中所占比例越小，机械效率越低。） ⑶如何提高滑轮组的机械效率？ ②增加物重 ②减小动滑轮重或减小摩擦 ⑷1.在以上实验中，还有没有其他方法测出绳子自由端移动的距离吗？ （滑轮组组装好后，其n一定，在测出h后，可由s=nh算出s) ⑸如果不测出物体上升的高度h和绳子自由端移动的距离s，还能不能计算出滑轮组的机械效率？ (可以，因滑轮组组装好后，其n一定，则h、s的比值，所以不用测h、s也可算出机械效率。 阅读P.13.最后两自然段，了解常见机械的效率及如何提高机械效率 交流讨论汇报 交流讨论汇报 思考回答 交流讨论汇报 思考回答 板演后共同订正 交流讨论汇报 交流讨论汇报 分组完成实验汇报实验数据 交流讨论汇报 视频播放增加学生感性认识 通过分析做功的实例，让学生知道“额外功”的含义。 体验学习效果，进行适时评价 巩固练习提高对三功的认识，也为以后计算各种机械的效率做铺垫 加深学生对机械效率的理解 通过计算，帮助学生从具体应用中理解有用功、额外功、总功及其计算方法，完善机械效率的概念
课堂练习 1.判断：下面说法中是否正确． （1）有用功越多，机械效率越高（ ） （2）额外功越少，机械效率越高（ ） （3）物体做功越慢，机械效率越低（ ） （4）做总功越多，机械效率越低（ ） （5）做相同的有用功，额外功越少，机械效率越高（ ） （6）做相同的总功时，有用功越多，机械效率越高（ ） （7）利用现代科学技术，机械效率可以等于1 （ ） （8）有用功在总功中占的比例越大，机械效率越高（ ） 2：如图所示，用滑轮组把重为80N的物体匀速提起。(1)在不计绳重、动滑轮重和摩擦的情况下，拉力F的大小是 N；(2)若实际的拉力为50N，匀速将物体提高4m，则拉力所做的功是 J，滑轮组的机械效率是 。 3.一物体质量为18kg，其所受重力为 N．如图所示，小明用定滑轮将该物体在4s内匀速提高2m．所用拉力为200N．此过程中，小明做的有用功是____J，总功是 J，定滑轮的机械效率是 ，小明功率是_____W。(取g＝10N/kg) 4.如图所示，规格完全相同的滑轮绕成甲、乙两个滑轮组，分别提升重为G1和G2的两个物体，不考虑绳重及摩擦，比较它们的省力情况和机械效率。 A.若G1=G2，则 F1F2，甲的机械效率高 C.若G1F2，甲、乙的机械效率相同 D .若G1课堂小结 三功 有用功:我们需要的有价值的功； 额外功：克服机械部件自身的重力和摩擦力等做一定量的功，这部分无利用价值又不得不做的功（W额） 总功:动力对机械做的功，即有用功与额外功的总和 .三功的关系：W总=W有+W额 机械效率（η） 定 义：有用功跟总功的比值. 公 式：η=×100% η<1
板书 一、三功 有用功:我们需要的有价值的功； 额外功：克服机械部件自身的重力和摩擦力等做一定量的功，这部分无利用价值又不得不做的功（W额） 总功:动力对机械做的功，即有用功与额外功的总和 .三功的关系：W总=W有+W额 二、机械效率（η） 定 义：有用功跟总功的比值. 公 式：η=×100% η<1
课外拓展 /课外阅读内容
特色资源分析和技术手段说明
教学反思
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