资源简介

第5节　探究——使用机械是否省功
教学目标
【知识与技能】
1．能结合实例了解什么是有用功、额外功和总功，理解什么是机械效率．
2．通过探究活动，知道使用任何机械都不省功．
【过程与方法】
1．经历探索使用机械能不能省功的实验过程，培养观察能力，体会实验研究方法．
2．在实验探究过程中，培养同学们设计实验、收集实验数据，从实验中归纳科学规律的能力．
【情感、态度与价值观】
在实验中培养合作精神，养成实事求是、尊重实验结果的科学态度．
重点难点
【重点】
理解机械效率．
【难点】
探究斜面的机械效率及影响机械效率的因素．
教学过程
知识点一　使用机械是否省功
【自主学习】
阅读课本P112－113，完成以下问题：
使用任何机械都不能省功．
【合作探究】
探究　使用机械是否省功
问题与猜想：人们使用杠杆、轮轴、滑轮等机械是为了达到一定的目的．在使用中，有的机械可以省距离，有的机械可以省力．那么，使用机械能够省功吗？与同学交流一下你的猜想．
制订计划：直接用弹簧测力计吊起一个重物，弹簧测力计的拉力对重物做的功为W1.再用弹簧测力计通过一个动滑轮吊起重物，使重物上升相同的高度，弹簧测力计的拉力做的功为W2.比较这两个力所做的功就可以知道使用机械是否省功．
收集证据：按下图所示的过程进行实验．
实验中保持重物缓慢上升．用弹簧测力计测量拉力．记录重物和绳子自由端的始、末位置．将以上数据及计算结果填入下表中.
力/N
移动距离/m
力做的功/J
F＝G＝2
h＝0.1
W1＝Fh＝0.2
J
F′＝1.2
s＝0.2
W2＝F′s＝0.24
J
分析与结论：图甲中直接用弹簧测力计匀速提升重物，拉力要对重物做功．图乙中拉动绳子使动滑轮上升时，拉力在对重物做功的同时也要对动滑轮做功，同时还要克服摩擦力做功，因此，使用动滑轮并不省功．
通过上述实验过程，回答下列问题：
1．由实验结果可知，W2与W1的大小关系是什么？
答：W2>W1.
2．根据该实验的分析与结论可以得出什么规律？
答：使用任何机械都不能省功．
知识点二　有用功、额外功和总功
【自主学习】
阅读课本P113－114，完成以下问题：
1．必须要做的功为有用功，克服机械自身部件的重力和摩擦力不得不做的功为额外功，有用功和额外功之和为总功，即W总＝W有用＋W额外．
2．有用功和额外功不是绝对的，有用功与额外功视情况而定，对一种情况来说是有用功，对另外一种情况来说可能是额外功．
知识点三　机械效率
【自主学习】
阅读课本P113，完成以下问题：
物理学中，将有用功跟总功的比值叫作机械效率．机械效率用η表示，公式为η＝.
【合作探究】
1．机械效率有单位吗？
答：机械效率没有单位．
2．为什么机械效率没有大于1的？
答：因为使用任何机械都不可避免地要做额外功，有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1的．
3．用小数和百分数来表示机械效率，你认为哪种表达更好？
答：用百分数表示更好．
4．机械效率的物理意义是什么？
答：机械效率是标志机械性能好坏的物理量，机械效率越高，做的有用功占总功的比例就越大，这个机械的性能就越好．
5．简单机械中的三种机械效率
杠杆
滑轮或滑轮组
斜面
竖直匀速
提升重物
水平匀速
拉动物体
η＝＝，其中G为提升重物的重力；h为重物升高的高度；F为动力；s为动力作用点移动的距离
(1)不计滑轮重、绳重及摩擦：η＝＝＝
(2)不计绳重及摩擦：η＝＝，其中G为物重；G动为动滑轮的重力；h为重物上升的高度；s为绳子自由端移动的距离；n为承担物重的绳子的股数
η＝＝＝，其中f为物体与水平面间的摩擦力；F为拉力；s物为物体移动的距离；s绳为绳子自由端移动的距离；n为承担摩擦力的绳子的股数
(1)不计摩擦：η＝＝
(2)有摩擦：η＝，其中G为物重；h为斜面高度；L为斜面长度；F为拉力；f为摩擦力
6．应用机械效率公式解决实际问题．
例题　一台起重机将重3
600
N的货物提升4
m．如果额外功是9
600
J，起重机做的有用功是多少？总功是多少？机械效率是多少？起重机在哪些方面消耗了额外功？
解答　起重机提升物体的力等于物体的重力F＝G＝3
600
N，起重机提升重物所做的有用功W有用＝Fh＝Gh＝3
600
N×4
m＝14
400
J＝1.44×104
J.
起重机做的总功W总＝W有用＋W额外＝14
400
J＋9
600
J＝2.4×104
J．因此，起重机的机械效率η＝＝＝60%.
知识拓展　斜面
1．斜面也是一种简单机械，使用斜面也可以省力，斜面越平缓越省力，但同时也就越费距离．
2．常见的斜面有盘山公路、木螺丝、螺杆、螺旋式汽车千斤顶等．
【教师点拨】
机械效率不是固定不变的，机械效率反映的是机械在一次做功过程中有用功跟总功的比值，同一机械在不同的做功过程中，提起的物重不同，机械效率也会不同．
【跟进训练】
某机械的机械效率是75%，这说明使用这一装置做功(　B　)
A．总功是额外功的3倍
B．有用功是额外功的3倍
C．总功是有用功的3倍
D．额外功占总功的
课堂小结
1．使用任何机械都不能省功．
2．有用功、额外功、总功：
(1)有用功：为达到目的必须要做的功．
(2)额外功：我们不需要但是又不得不做的功．
(3)总功：有用功和额外功的总和．
W总＝W有用＋W额外
3．机械效率：
(1)有用功与总功的比值叫作机械效率．
(2)η＝
常用百分数表示，η<1.
练习设计
完成本课对应训练．

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