機(jī)械效率教學(xué)案例

1、機(jī)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(jī)械效率， 本節(jié)課的授課對(duì)象是省示范初三實(shí)驗(yàn)班學(xué)生?？紤]到教學(xué)內(nèi) 容及授課對(duì)象的特征，筆者設(shè)計(jì)并實(shí)施了本節(jié)課的教學(xué)現(xiàn)將 其展示如下：二、教學(xué)過(guò)程引入 師：生活中處處能聽(tīng)到“效率”一詞，父母工作時(shí)要講 究效率，早點(diǎn)下班給同學(xué)們燒飯、做菜；同學(xué)們學(xué)習(xí)過(guò)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(shí)間 10 小時(shí)， 扣除自習(xí)時(shí)間，真正學(xué)習(xí)的時(shí)間只有 8 小時(shí)，玩 2 小時(shí)，怎 樣計(jì)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(shí)間 除以總時(shí)間再乘以 100%就可以計(jì)算出學(xué)習(xí)效率。 既然學(xué)習(xí)上

2、 有效率，那么使用機(jī)械時(shí)也應(yīng)該有效率，我們將其稱為機(jī)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(wú)法將米一次性搬起，這時(shí)他找來(lái)一 個(gè)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(guò)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(yùn)大米時(shí)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(duì)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?cè)倏磶赘眻D片，圖 2 中展示了從井中打水 的情況，請(qǐng)問(wèn)拉力對(duì)水做的功是什么功？拉力對(duì)桶做的功又是什么功？生 A：拉力對(duì)水做的功是有用功， 對(duì)桶做的功是額外功。師：如果從井中撈桶，桶在打撈過(guò)程中不小心灌了一些水，請(qǐng)問(wèn)哪些是有用功，哪些是額外功？生 B：拉力對(duì)桶做的功是額外功， 對(duì)桶做的功是有用功 師：如果老

4、師用手拉著動(dòng)滑輪兩端的繩子將鉤碼提升高度 h, 動(dòng)滑輪被提升高度為多少？ 生：動(dòng)滑輪和物體一起上升高度 h。 師：在上升過(guò)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(dòng)滑輪重力做功 為額外功。師：但是在使用動(dòng)滑輪時(shí)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(huì)明顯顯現(xiàn)出來(lái)？生：重力。 師：也就是說(shuō)還要克服什么力做功。 生：克服繩重做功。 師：很好，由于這兩個(gè)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(jī)械效率概念的建立師：看來(lái)動(dòng)滑輪提升物體的額外功有兩項(xiàng)，一是克服動(dòng) 滑輪重力做功，二是克服繩重和摩擦力做功，我們不妨簡(jiǎn)記 為和。假如動(dòng)滑輪重力為 0.2N 、兩個(gè)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(dòng)滑輪重力做的功以及總功分別是多少？請(qǐng)三 位同學(xué)分別回答。生 A：有用功是 1j 。生 B：克服動(dòng)滑輪重力做功是 0.2j 。生 c ：總功為 1.5j 。師：類(lèi)比于學(xué)習(xí)效率，總功類(lèi)比于總時(shí)間，有用功類(lèi)比 于學(xué)習(xí)時(shí)間，額外功類(lèi)比于玩的時(shí)間，則動(dòng)滑輪也有效率， 我們將其稱

6、為機(jī)械效率，用表示。計(jì)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(wú) 單位，我們用百分?jǐn)?shù)表示。表示有用功與總功的比值，比如 某機(jī)械的機(jī)械效率為 80%時(shí)，表示有用功占總功的 80%。結(jié) 合剛才的數(shù)據(jù)和機(jī)械效率公式，動(dòng)滑輪的機(jī)械效率如何計(jì) 算？生：用 1j 除以 1.5j ，計(jì)算結(jié)果為 67%。 師：對(duì)于除不盡時(shí)，一般情況下，小數(shù)點(diǎn)后保留三位小 數(shù)化為百分?jǐn)?shù)時(shí)就是 66.7%。剛才情況中，如果忽略繩重和 摩擦，又該怎樣計(jì)算機(jī)械效率？生：用 1j 除以 1.2 ，計(jì)算結(jié)果為 83.3%。師：看來(lái)在有用功一定時(shí)，額外功越小，動(dòng)滑輪的機(jī)械 效率越高。額外功由原先的兩

7、項(xiàng)變?yōu)橐豁?xiàng)，我們也不妨試著 推導(dǎo)忽略繩重和摩擦情況下動(dòng)滑輪機(jī)械效率公式：通過(guò)這個(gè)公式，我們很容易計(jì)算出機(jī)械效率的高低，然 而使用時(shí)還需克服摩擦力做功，這個(gè)功并未涉及，看來(lái)還需 尋找一個(gè)量，它的數(shù)值要比 Gh+G動(dòng) h 大，這樣就能反映出 實(shí)際情況下總功的大小，讓我們一起再探動(dòng)滑輪！實(shí)驗(yàn)中除 了要測(cè)出 G、G動(dòng)、 h 之外，利用彈簧測(cè)力計(jì)以及刻度尺又可 以測(cè)哪些物理量？生：可以測(cè)出拉力 F 及繩頭自由端移動(dòng)的距離 s。 師：F和 s 的乘積是哪一個(gè)力做的功？ 生：拉力做的功。師：實(shí)驗(yàn)中拉力 F、鉤碼重力 G 用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量，鉤 碼上升的高度 h 及繩頭移動(dòng)距離 s 用刻度尺測(cè)量，大家聽(tīng)好 了么

8、？各小組一起動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，完成后將數(shù)據(jù)填入表格中， 比比看， Fs 是否大于 Gh+G動(dòng) 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(dòng)滑輪重力 /N 0.3動(dòng)滑輪上升高度 h/0.1克服動(dòng)滑輪重力做功 h/j0.03拉力 F/N1.0繩頭自由端移動(dòng)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(gè)好聽(tīng)的名字吧， 應(yīng)該叫什么？ 生

9、：總功。師：太棒了，請(qǐng)將名稱寫(xiě)在表格中括號(hào)里。 Fs 即為使用 動(dòng)滑輪時(shí)的總功，如果在動(dòng)滑輪的基礎(chǔ)上再加一個(gè)定滑輪就 變成了一定一動(dòng)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(duì)于其他的滑輪組我們也可 用 Fs 計(jì)算總功?，F(xiàn)在我們將機(jī)械效率公式完善一下：課堂當(dāng)堂反饋這個(gè)公式不僅適用于有繩重和摩擦情況同時(shí)也適用于 無(wú)繩重和摩擦情況，下面我們通過(guò)習(xí)題一起來(lái)鞏固一下：如圖 4 所示，工人利用動(dòng)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(jì)， 動(dòng)滑輪的重力為多大？拉力所做的總功是多少 j ，此時(shí)該裝 置的機(jī)械效率是多少？解： s=2h=2 2=4=Fs=100N4=400j=h=184N2=368j答：動(dòng)滑輪的重力為 6N, 總功為 368j ，機(jī)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(dòng)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(jī)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(jī)械效率為 75%?？偨Y(jié)這節(jié)