機械效率教學(xué)案例

1、機械效率教學(xué)案例一、背景 蘇科版教材九上第十一章第五節(jié)為機械效率， 本節(jié)課的授課對象是省示范初三實驗班學(xué)生。考慮到教學(xué)內(nèi) 容及授課對象的特征，筆者設(shè)計并實施了本節(jié)課的教學(xué)現(xiàn)將 其展示如下：二、教學(xué)過程引入 師：生活中處處能聽到“效率”一詞，父母工作時要講 究效率，早點下班給同學(xué)們燒飯、做菜；同學(xué)們學(xué)習(xí)過程中 也要講究學(xué)習(xí)效率，如果班上某同學(xué)在校的總時間 10 小時， 扣除自習(xí)時間，真正學(xué)習(xí)的時間只有 8 小時，玩 2 小時，怎 樣計算該同學(xué)的學(xué)習(xí)效率？生 A： 0.8生 B： 80% 師：用小數(shù)表示效率不符合人們用法習(xí)慣，將學(xué)習(xí)時間 除以總時間再乘以 100%就可以計算出學(xué)習(xí)效率。 既然學(xué)習(xí)上

2、 有效率，那么使用機械時也應(yīng)該有效率，我們將其稱為機械 效率。下面一起學(xué)習(xí) 11-5 節(jié)內(nèi)容。有用功、額外功及總功概念的建立 師：小明想一次性將家中散落在地面上的大米搬到桌面 上，但苦于雙手太小，無法將米一次性搬起，這時他找來一 個空盒子，將米裝入盒子中，很快完成了任務(wù)。如果小明直 接用手搬大米需克服什么力做功？生：克服大米重力做功。 師：米裝入盒中，又需克服什么力做功？ 生：克服盒子的重力做功。師：此過程中小明的目的是搬大米而不是搬盒子，所以 我們將克服大米的重力做功定義為有用功，用有用表示。搬 運大米時克服盒子重力做功并不需要但又不得不做，故將其 稱之為額外功， 用額外表示。 對于剛才假設(shè)

3、桶的重力為 10N、 大米重力為 100N，裝米的盒子升高 1，則有用功為多少焦 ? 額外功為多少焦 ?生：有用功為 100j 、額外功為 10j 。 師：小明克服大米和盒子的總重力做功為多少焦耳？ 生： 110j師：110j 即為有用功和額外功之和， 我們將其稱為總功， 用表示。師：下面我們再看幾副圖片，圖 2 中展示了從井中打水 的情況，請問拉力對水做的功是什么功？拉力對桶做的功又是什么功？生 A：拉力對水做的功是有用功， 對桶做的功是額外功。師：如果從井中撈桶，桶在打撈過程中不小心灌了一些水，請問哪些是有用功，哪些是額外功？生 B：拉力對桶做的功是額外功， 對桶做的功是有用功 師：如果老

4、師用手拉著動滑輪兩端的繩子將鉤碼提升高度 h, 動滑輪被提升高度為多少？ 生：動滑輪和物體一起上升高度 h。 師：在上升過程中，克服什么力做功是有用功，什么又 是額外功？生：克服鉤碼重力做功為有用功，克服動滑輪重力做功 為額外功。師：但是在使用動滑輪時并不是拽著兩根繩頭往上拉， 而是按照如圖 3 所示：一端固定，另一端繩頭受拉力作用， 繩子與輪之間發(fā)生相互摩擦，還需要克服什么力做功？ 生：克服摩擦力做功。師：只有克服摩擦力么？如果這根繩子是粗麻繩，什么 力會明顯顯現(xiàn)出來？生：重力。 師：也就是說還要克服什么力做功。 生：克服繩重做功。 師：很好，由于這兩個功都與繩子有著密切的關(guān)系，我 們就統(tǒng)稱

5、為克服繩重和摩擦力做功，它們是有用功么？ 生：不是，是額外功。機械效率概念的建立師：看來動滑輪提升物體的額外功有兩項，一是克服動 滑輪重力做功，二是克服繩重和摩擦力做功，我們不妨簡記 為和。假如動滑輪重力為 0.2N 、兩個鉤碼總重力為 1.0N 、 鉤碼被提升的高度為 1 以及克服繩重和摩擦力做功為 0.3j ， 有用功、克服動滑輪重力做的功以及總功分別是多少？請三 位同學(xué)分別回答。生 A：有用功是 1j 。生 B：克服動滑輪重力做功是 0.2j 。生 c ：總功為 1.5j 。師：類比于學(xué)習(xí)效率，總功類比于總時間，有用功類比 于學(xué)習(xí)時間，額外功類比于玩的時間，則動滑輪也有效率， 我們將其稱

6、為機械效率，用表示。計算方法是用有用功除以 總功乘以 100%。由于有用功和總功的單位都為焦耳， 所有無 單位，我們用百分數(shù)表示。表示有用功與總功的比值，比如 某機械的機械效率為 80%時，表示有用功占總功的 80%。結(jié) 合剛才的數(shù)據(jù)和機械效率公式，動滑輪的機械效率如何計 算？生：用 1j 除以 1.5j ，計算結(jié)果為 67%。 師：對于除不盡時，一般情況下，小數(shù)點后保留三位小 數(shù)化為百分數(shù)時就是 66.7%。剛才情況中，如果忽略繩重和 摩擦，又該怎樣計算機械效率？生：用 1j 除以 1.2 ，計算結(jié)果為 83.3%。師：看來在有用功一定時，額外功越小，動滑輪的機械 效率越高。額外功由原先的兩

7、項變?yōu)橐豁?，我們也不妨試?推導(dǎo)忽略繩重和摩擦情況下動滑輪機械效率公式：通過這個公式，我們很容易計算出機械效率的高低，然 而使用時還需克服摩擦力做功，這個功并未涉及，看來還需 尋找一個量，它的數(shù)值要比 Gh+G動 h 大，這樣就能反映出 實際情況下總功的大小，讓我們一起再探動滑輪！實驗中除 了要測出 G、G動、 h 之外，利用彈簧測力計以及刻度尺又可 以測哪些物理量？生：可以測出拉力 F 及繩頭自由端移動的距離 s。 師：F和 s 的乘積是哪一個力做的功？ 生：拉力做的功。師：實驗中拉力 F、鉤碼重力 G 用彈簧測力計測量，鉤 碼上升的高度 h 及繩頭移動距離 s 用刻度尺測量，大家聽好 了么

8、？各小組一起動手做實驗，完成后將數(shù)據(jù)填入表格中， 比比看， Fs 是否大于 Gh+G動 h。鉤碼的重力 G/N1.5鉤碼上升的高度 h/0.1有用功 /j0.15動滑輪重力 /N 0.3動滑輪上升高度 h/0.1克服動滑輪重力做功 h/j0.03拉力 F/N1.0繩頭自由端移動距離 s/0.2+h/j0.18Fs/j0.2師：根據(jù)數(shù)據(jù)， Fs 是否大于 +h？生：大于。 師：多出了多少？ 生：多出了 0.02j 。師：這 0.02j 是克服什么力做的功？ 生：克服繩重和摩擦力做功。師：很好，現(xiàn)在額外功都找齊了，加上原先的有用功就 是總功，我們一起給 Fs 起一個好聽的名字吧， 應(yīng)該叫什么？ 生

9、：總功。師：太棒了，請將名稱寫在表格中括號里。 Fs 即為使用 動滑輪時的總功，如果在動滑輪的基礎(chǔ)上再加一個定滑輪就 變成了一定一動的滑輪組，定滑輪只起到改變力的方向作 用， Fs 仍然是此滑輪組的總功， 對于其他的滑輪組我們也可 用 Fs 計算總功?，F(xiàn)在我們將機械效率公式完善一下：課堂當堂反饋這個公式不僅適用于有繩重和摩擦情況同時也適用于 無繩重和摩擦情況，下面我們通過習(xí)題一起來鞏固一下：如圖 4 所示，工人利用動滑輪將沙勻速向上提升2，已知沙重 184N，桶重 10N，拉力為 100N，繩重和摩擦均不計， 動滑輪的重力為多大？拉力所做的總功是多少 j ，此時該裝 置的機械效率是多少？解： s=2h=2 2=4=Fs=100N4=400j=h=184N2=368j答：動滑輪的重力為 6N, 總功為 368j ，機械效率為 92%。 如圖 5 所示，拉力 F=80N，物體重 G=120N，若繩子自由 端勻速拉動的距離 s=4，物體被提高的距離 h=2，求：拉力 所做的有用功；拉力所做的總功該滑輪組的機械效率。解： s=2h=2 2=4=Gh=120N2=240j=Fs=80N4=320j 答：有用功為總功為 240j ，總功為 320j ，機械效率為 75%?？偨Y(jié)這節(jié)