资源简介

科目
物理
教材
北京版
学段
八年级下册
授课教师
学校
时间
2020.6.28
本课标题
探究影响滑轮组机械效率的因素
教
学
目
标
设
计
知识
与
技能
理解有用功、总功的概念
会使用弹簧测力计和刻度尺测量滑轮组的机械效率
理解物重、动滑轮重和滑轮与轴的摩擦可以影响滑轮组机械效率
过程与方法
1.
通过猜想、测量、验证不同滑轮组的机械效率不同，以及进一步探索同一滑轮组机械效率是否相同的过程，体会科学探索的过程；
2.
通过对滑轮组额外功的测量、对比和分析，培养学生记录数据、分析数据的能力。
情感态度与价值观
1.让学生体会，在实际测量中，要尊重实验客观事实。在认识事物和探索的规律的过程中抓住主要矛盾忽略次要矛盾的重要性。
2.在探究滑轮组机械效率的过程重，体会机械的使用对社会发展的作用，意识到提高机械效率的必要性。
教学重点
有用功和总功的讲解
测量动滑轮对物体的拉力
记录、分析实验数据
教学难点
1．如何测量滑轮对重物拉力
2．探究滑轮组机械效率与物重是否有关时，避免循环论证
教学流程
教学环节
教师活动
学生活动
教学说明
不
同
滑
轮
组
做
相
同
的
有
用
功
机
械
效
率
是
否
相
同
问题：不同滑轮组，做相同的有用功机械效率相同吗？
验证猜想：测量两滑轮组机械效率
问题：如何测量滑轮组的机械效率
分析学生方案
回顾机械效率：滑轮组的机械效率等于有用功与总功的比值，总功是外界对滑轮组的输入功，此时是人手对滑轮组的拉力F做的功，等于绳子末端受到的拉力F乘以绳子末端被拉过的距离S。滑轮组对外输出的功叫做有用功，那么有用功是哪个力做的功呢？显然是动滑轮对外的拉力T做的功是有用功。
三种情景下的拉力T的大小分析
情景一中如果物体在变速上升的过程中，动滑轮对物体的拉力T不等于G,只有使物体匀速上升，动滑轮对物体的拉力T=G，所以这种情景下要想测量滑轮组的机械效率，必须让重物匀速上升。
情景二中当重物在水中匀速上升时，动滑轮对物体的拉力T=G-F浮，
情景三中物体匀速前进时，动滑轮对物体的拉力T=
f滑
经过上面的分析我们可以得出，这位同学说的测量机械效率的方法并不准确，其原理应是η=Th/FS。
【实验一】测量两滑轮组的机械效率
T/N44h/m0.10.1W有/J0.40.4F/N1.61.8S/m0.30.3W总/J0.480.54η83.3%74.1%
【实验表格】
从数据我们可以看出，这两个滑轮组的机械效率不同，同学们你们都猜对了吗？
猜想
实验原理：η=Gh/FS
实验方法：用测力计分别测出物重G和绳子末端拉力F，用刻度尺测出物体上升的距离h和绳端上升的距离S
对物体进行受力分析
加深学生
对有用功的理解
培养学生的质疑精神
增加学生多角度思考问题的意识
问题1.这两个滑轮组的机械效率为什么不同呢？
问题2.造成额外功不同的原因有哪些呢？
【实验二】探究滑轮组机械效率于动滑轮重是否有关
测量一下动滑轮的重力。
实验结论：滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关，动滑轮重力是影响额外功的主要因素
从机械效率的角度分析润滑油的作用
两个滑轮组的有用功相同，那影响机械效率不等的原因就出在额外功，1号滑轮组的额外功是0.08焦耳，2号滑轮组的额外功是0.14焦耳
（表格数据展示）
在这个过程中额外功来源于克服动滑轮重轮和绳重做功、克服轮与轴的摩擦做功。很显然甲乙两滑轮组的动滑轮重力不同
对比克服动滑轮做的额外功和总额外功
培养学生分析数据的能力
培养学生数据分析能力
后面的教学做铺垫
增强学生应用物理知识解决生活中问题的意识。
相
同
滑
轮
组
机
械
效
率
是
否
相
同
问题1：不同的滑轮组机械效率不同，那么相同的滑轮组机械效率相同吗？
【实验三】使用相同滑轮组对外输出的有用功不同实验（物重和高度都不同），计算出两次的机械效率，发现机械效率不同
问题2：造成滑轮组机械效率不同的原因是什么？
问题3：造成有用功不同的原因是什么？
问题4：是物重和提升的高度都影响滑轮组的机械效率吗?还是只有其中一个因素影响？我们还需要进一步的实验。
【实验四】相同滑轮组，保持提升高度不变，改变物体的重力大小
实验结论：滑轮组的机械效率与提升物体的重力有关，且同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组的机械效率越大。
【实验五】相同滑轮组，提升物重相同，提升高度不同
实验结论：滑轮组的机械效率与物体提升的高度无关。
学生思考
有用功不同
物重和提升的高度
观看实验记录数据
培养学生归纳总结能力。
提高
滑轮
阻的
机械
效率
方法
问题：如何提高滑轮组的机械效率
通过减小动滑轮重力可以减小额外功，增大提升物体的重力，以增加有用功在总功中所占的比例可以提高滑轮组的机械效率。
对前面实验的巩固
问
题
思
考
测量滑轮组的机械效率不需要使用刻度尺，也不需要组装滑轮组。利用η=G物/G物+G动，这种方法是否可行？
【实验六】对比实验（学生方法与常规方法对比）
分析学生方法不对的原因
【实验七】滑轮组静止时和匀速运动时，绳子末端拉力大小比较
实验结论：在测量实验时，要尊重实验事实，次要因素不能忽略
回顾实验四：
没有做到完全的控制变量，在科学探究的过程重，抓住主要因素，忽略次要因素
思考
疑惑
分析数据
设置冲突，探寻本质
让学生体会科学的严谨性
学生体会理想模型的应用
体会测量性实验和探究性实验的区别
学
以
致
用
问题：设计实验探究滑轮组的机械效率与滑轮组的绕绳方式是否有关
提供的器材有，滑轮若干，钩码一盒，细线、两种测力计（弹簧测力计和拉力传感器）
【实验八】探究滑轮组的机械效率与滑轮组的绕绳方式是否有关
实验结论：滑轮组的机械效率与滑轮组的绕绳方式无关。
理论推导
学生设计实验
（1）用测力计测出一个钩码的重力，在带有刻度尺的背板上组装滑轮组，在滑轮组下挂一个钩码，用拉力传感器拉在绳子末端，记下钩码和绳子末端的位置；
（2）匀速提升钩码，从传感器中读出拉力F的数值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳子末端上升的距离s。记录到表格中。
（3）改变滑轮组绕绳方式，保持钩码个数不变，仿照步骤（1）（2）再做一遍，将相关数据记录到表格中
培养学生实验探究能力
对本节课所学知识和方法的巩固加深
小结
从知识、方法两条线索对本节课进行总结。
串联整节课的知识内容
让学生能快速的梳理本节课的知识和方法，从整体视角看本节课。(共42张PPT)
初二年级
物理
探究影响滑轮组机械效率的因素
不同的滑轮组，做相同的有用功，机械效率相同吗？
1
2
资料
想一想：这位同学的实验方案是否正确？
W有
=
G
h
W总
=
F
s
资料
F
输入功即总功
W总=FS
T
输出功即有用功
拉力T是重力吗？
NO
T?G
资料
变速上升
T≠G
情景一
T
G
匀速上升
T
=G
资料
水中匀速上升
T=G-F浮
情景二
T
G
F浮
资料
情景三
T
=f滑
G
F支
f滑
水平匀速运动
资料
T
实验原理
T=G
T=G-F浮
T=f滑
物体匀速运动
资料
资料
资料
测量不同滑轮组的机械效率
1
2
资料
T/
N
?
?
h/
m
?
?
W有/
J
?
?
F/
N
?
?
s/
m
?
?
W总/
J
?
?
η
?
?
4
0.1
0.4
1.6
0.3
0.48
83.3%
资料
T/
N
4
?
?
h/
m
?0.1
?
W有/
J
?
0.4
?
F/
N
1.6?
?
s/
m
0.3?
?
W总/
J
?
0.48
?
η
?
83.3%
?
4
0.1
0.4
1.8
0.3
0.54
74.1%
资料
?
?
W额/
J
?
?
W有/
J
?
?
W总/
J
?
?
η
?
?
0.08
0.4
0.48
83.3%
0.14
0.4
0.54
74.1%
G动/
N
T/
N
4
?
?
h/
m
?0.1
?
W有/
J
?
0.4
?
F/
N
1.6?
?
S/
m
0.3?
?
W总/
J
?
0.48
?
η
?
83.3%
?
4
0.1
0.4
1.8
0.3
0.54
74.1%
1
2
资料
?
?
W额/
J
?
?
W有/
J
?
?
W总/
J
?
?
η
?
?
0.55
0.08
0.4
0.48
83.3%
1.2
0.14
0.4
0.54
74.1%
G动/
N
资料
?
?
W额/
J
?
?
W有/
J
?
?
W总/
J
?
?
η
?
?
0.55
0.08
0.4
0.48
83.3%
1.2
0.14
0.4
0.54
74.1%
G动/
N
G动/
N
?
0.55
?
1.2
?
?
?
W额/J
?
?
?
?
0.055
0.12
0.08
0.14
占比
69%
86%
h/
m
0.1?
0.1?
W动额/J
实验结论
滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关，动滑轮重力是影响额外功的主要因素。
资料
资料
资料
资料
资料
相同的滑轮组，机械效率相同吗？
G/N
?
?
T/N
?
?
h/m
?
?
W有/J
?
?
F/
N
?
?
s/
m
?
?
W总/J
?
?
η
?
?
4
4
0.2
0.8
1.6
0.6
0.96
83.3%
6
6
0.1
0.6
2.3
0.3
0.69
87.0%
资料
相同的滑轮组，提升高度相同，物重不同
G/N
?
?
T/N
?
?
h/m
?
?
W有/J
?
?
F/N
?
?
S/m
?
?
W总/J
?
?
η
?
?
4
0.1
0.4
1.6
0.3
0.48
83.3%
6
0.1
0.6
2.3
0.3
0.69
86.9%
4
6
8
8
0.1
0.8
3
0.3
0.9
88.9%
资料
实验结论
滑轮组的机械效率与提升物体的重力有关，且同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高。
资料
G/
N
?
?
T/
N
?
?
h/
m
?
?
W有/J
?
?
F/
N
?
?
S/
m
?
?
W总/J
?
?
η
?
?
4
0.1
0.4
1.6
0.3
0.48
83.3%
4
4
0.2
0.8
1.6
0.6
0.96
83.3%
4
相同的滑轮组，物重相同，提升物体高度不同
资料
如何提高滑轮组的机械效率？
提高机械效率的方法：减小动滑轮重力
增大提升物体重力
张明同学认为，测量滑轮组的机械效率不需要使用刻度尺，也不需要组装滑轮组。只需测出物体重力和滑轮组中动滑轮重力即可。他的理由如下：
问题思考
T=G物
s=nh
G物+G动
T=
s=nh
3F
nF=
+
资料
T/
N
?
h/
m
?
W有/
J
?
F/
N
?
s/
m
?
W总/
J
?
η
?
4
0.1
0.4
1.6
0.3
0.48
83.3%
资料
η?
83.3%?
资料
静
止
时：F=1.5N
匀
速上升
时：F=1.6N
资料
静
止
时：F=0.8N
匀
速上升
时：F=0.9N
资料
张明的方案
T=G物
s=nh
nF=G物+G动
忽略绳重和轮与轴之间的摩擦
相同的滑轮组，提升高度相同，物重不同
G/N
?
4
?
6
8
T/N
4?
?
6
8
h/m
0.1?
0.1?
?
0.1?
W有/J
?
0.4
?
0.6
0.8
W额/J
0.08?
0.09?
0.1
W总/J
?
0.48
0.69
?
0.9
η
83.3%
?
86.9%
?
88.9%
资料
学以致用
探究滑轮组的机械效率与滑轮组的绕绳方式是否有关？
提供器材：滑轮若干、钩码一盒、细线、测力计（弹簧测力计、拉力传感器）、可悬挂滑轮的磁扣、带刻度尺的背板。
实验分析
实验分析
实验分析
资料
实验步骤
（1）用测力计测出一个钩码的重力，在带有刻度尺的背板上组装滑轮组，在滑轮组下挂一个钩码，用拉力传感器拉在绳子末端，记下钩码和绳子末端的位置；
（2）匀速提升钩码，从传感器中读出拉力F的数值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳子末端移动的距离s。记录相关数据到表格中。
（3）改变滑轮组绕绳方式，保持钩码个数不变，仿照步骤
（2）再做一遍，将相关数据记录到表格中。
实验数据表格
绳子段数n
T/N
h/m
W有/J
F/N
S/m
W总/J
η
资料
实验数据表格
绳子段数n
T/
N
h/
m
W有/
J
F/
N
s/
m
W总
/J
η
2
2
0.1
1.2
0.2
资料
实验数据表格
绳子段数n
T/
N
h/
m
W有/J
F/
N
s
/m
W总/
J
η
2
2
0.1
0.2
1.2
0.2
0.24
83.3%
3
2
0.1
0.8
0.3
0.24
0.2
83.3%
实验结论
滑轮组的机械效率与滑轮组的绕绳方式无关。
理论分析
滑轮组的机械效率与滑轮组的绕绳方式无关。
T=G物
s=nh
G物+G动+F阻
F=
——————
n
滑轮组的机械效率
测量
测力计
刻度尺
匀速
提升
影响
因素
动滑轮重
物重
轮与轴的摩擦《探究影响滑轮组机械效率的因素》学习任务单
【学习目标】
理解有用功、总功的概念
会使用弹簧测力计和刻度尺测量滑轮组的机械效率
理解物重、动滑轮重和滑轮与轴的摩擦可以影响滑轮组机械效率
【课上学习任务】
一、分析下列三种情景中，动滑轮对物体的拉力T与物重是否相等
情景
受力分析
动滑轮对物体的拉力T大小
变速上升时
匀速上升时
水中匀速上升
水平向左匀速直线运动
二、测量滑轮组机械效率原理：
三、实验一：测量两滑轮组的机械效率
实验数据记录表：
T/N
h/m
W有/J
F/N
S/m
W总/J
η
实验结论：
。
实验二：相同滑轮组，提升物重相同，提升高度不同
实验数据记录表：
G/N
T/N
h/m
W有/J
F/N
S/m
W总/J
η
实验结论：
实验三：相同滑轮组，提升物重相同，提升高度不同
实验数据记录表：
G/N
T/N
h/m
W有/J
F/N
S/m
W总/J
η
实验结论：
。
四、设计实验：探究滑轮组的机械效率与滑轮组的绕绳方式是否有关。
提供的器材：滑轮若干，钩码一盒，细线、两种测力计（弹簧测力计和拉力传感器）
实验步骤：
数据表格：
实验结论：
。
【课后作业】
有没有机械效率是100%的机械？为什么？谈谈如何提高滑轮组的机械效率？
我国是世界上第一个成功完成海底沉船整体打捞工作的国家，图甲是起重工程船将“南海1号”沉船打捞出水的情况．为了不破坏这个沉积在水下八百多年的宋代沉船，打捞人员采用沉箱技术，就是将“南海一号”和它周围的淤泥装在一个长为35.7米，宽14.4米，高7米的箱体中，通过起重机械将沉箱打捞出水。为分析打捞工作，我们可以将实际打捞过程简化为如图乙所示的滑轮组竖直向上提升水中的金属物。（忽略水的阻力和沉箱出水后所带的水）
沉箱在水中匀速上升过程中，计算其在水下受到的浮力；
装入沉船后沉箱总重达到4000吨，沉箱上表面距水面高度为20米，求匀速提升沉箱至水面的过程中，起重机输出的有用功；
沉箱出水后匀速提升一米高，起重机输出的有用功。
【课后作业参考答案】
没有，因为任何机械做功的过程都要克服自身的的重力，克服机械间的摩擦做一些额外功。
提高滑轮组机械效率的方法：减小动滑轮重，增大物重，减小轮与轴之间的摩擦等。
(1)沉箱的体积V=35.7m×14.4m×7m=3598.56m3
沉箱浸没在水中排开水的体积：V排=V=3598.56m3
沉箱在水下受到的浮力：
F浮=ρ水g
V排=1000kg/
m3×10N/kg×3598.56
m3=3.59856×107N
(2)沉箱重力：G=mg=4×106kg×10N/kg=4×107N
起重机对沉箱的拉力T=G-
F浮=4×107N-3.59856×107N=4.0144×106N
起重机输出有用功W=Th=4.0144×106N×20m=8.0288×107J
(3)出水后：起重机对沉箱的拉力T’=G=4×107N
起重机输出有用功W’=T’h’=4×107N×1m=4×107
J

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