第12章第4節(jié)+機械效率+創(chuàng)新實驗-滑輪組機械效率實驗-2024-2025學(xué)年人教版初中八年級物理下冊

人教版初中八年級物理第12章第4節(jié)機械效率創(chuàng)新實驗——滑輪組機械效率實驗使用教材本節(jié)實驗課內(nèi)容選自人教版初中八年級物理教科書第12章第4節(jié)機械效率。實驗器材自制滑輪組機械效率實驗儀（拉力傳感器、電子顯示屏、可調(diào)減速電機、繞線裝置、帶刻度背板、底座等）。鐵架臺、滑輪組、米尺、鉤碼、測力計等。實驗創(chuàng)新要點/改進要點用電機代替人力，能更好的保證勻速提升滑輪組。（2）利用拉力傳感器加電子屏幕顯式的方式顯示細線受到的拉力，能夠更加精確和直觀。（3）可以通過調(diào)速電機控制物體上升速度，探究機械效率與速度之間的關(guān)系，進一步探究機械效率與功率之間的關(guān)系。（4）利用磁鐵可以吸附在動滑輪上，方便改變動滑輪的重力，從而探究滑輪組機械效率與動滑輪重力的關(guān)系。（5）電子拉力傳感器相比彈簧測力計讀書更加精確，可以探究摩擦力對滑輪組機械效率的影響。實驗原理/實驗設(shè)計思路在利用滑輪組提升物體的過程中，有用功是物體受到的拉力乘物體上升的距離，如果盡可能保持勻速直線運動，有用功的的大小也等于物體的重力乘上升的高度，額外功有克服繩重及摩擦還有動滑輪重力做的功，總功為繩子自由端的拉力乘繩子自由端移動的距離。額外功不方便測量，測量出有用功和總功，他們的比值就是滑輪組提升物體的機械效率。實驗教學(xué)目標通過滑輪組的組裝來培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作能力、團隊協(xié)作技能力和溝通交流能力。通過實驗操作和物理量的測量來培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范的實驗操作意識，同時深化物理概念的構(gòu)建，加深對機械效率的理解。引導(dǎo)學(xué)生探究滑輪組的機械效率與哪些因素有關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出猜想、設(shè)計實驗探究、數(shù)據(jù)分析與處理、實驗結(jié)論的歸納、反思拓展等能力。實驗教學(xué)內(nèi)容了解測量原理。學(xué)習(xí)滑輪組的組裝和使用。測量滑輪組的機械效率。探究影響滑輪組機械效率的因素。實驗教學(xué)過程了解測量原理通過觀察演示實驗用繩子直接提升物體（如圖1）和用滑輪組提升物體（如圖2）的異同，來了解有用功、額外功、總功的概率，從而了解本實驗的測量原理。 圖1圖2圖3學(xué)習(xí)滑輪組的組裝和使用示范及引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位利用鐵架臺組裝滑輪組（如圖3），在組裝滑輪組的過程當中注意小組的配合，鍛煉小組的合作能力。測量滑輪組的機械效率利用組裝好的器材分別測量掛1、2、3個鉤碼時的機械效率，從而得到機械效率與提升物體重力的關(guān)系。次數(shù)G/Nh/mW有/JF/Ns/mW總/Jη10.50.050.0250.250.150.037567％210.050.050.450.150.067574%31.50.050.0750.60.150.0983%探究影響滑輪組機械效率的因素機械效率與物體上升高度的關(guān)系：將同一個物體先后提升不同的高度，計算每次的機械效率，算出來提升不同高度的機械效率都一樣，說明滑輪組的機械效率與提升物體高度沒有關(guān)系。圖4圖5圖6機械效率與動滑輪重力的關(guān)系利用磁鐵吸附在動滑輪上，從而改變動滑輪的重力，如圖7、8、9所示，提升相同的物體時，動滑輪越重，繩子自由端的拉力越大，三次的拉力分別為0.26N、0.28N、0.31N，通過分析和計算可得，提升相同的物體時，動滑輪越重，滑輪組的機械效率越低。圖7圖8圖9機械效率與速度之間的關(guān)系：利用調(diào)速電機改變電機拉動繩子的速度，發(fā)現(xiàn)速度快慢時，繩子拉力一樣，從而得出滑輪組的機械效率與拉繩子的速度沒有關(guān)系。機械效率與功率之間的關(guān)系根據(jù)實驗（3）可知，速度越大，電機拖動繩子的功率越大，但滑輪組的機械效率依然保持不變，說明滑輪組的機械效率和功率之間沒有關(guān)系。機械效率與摩擦力的關(guān)系：當掛著鉤碼靜止不動時，拉力為0.23N（如圖10），當勻速運動時，拉力為0.26N（如圖11），改變鉤碼個數(shù)。仍然發(fā)現(xiàn)勻速運動時的拉力大于靜止時的拉力，這就是繩和滑輪之間的摩擦力對實驗的影響。圖10圖11機械效率與繞線方式之間的關(guān)系當有2段繩子來分擔總重時，繩子拉力為0.37，如圖12所示， 圖12當有3段繩子來分擔總重時，繩子拉力為0.26，如圖13所示，圖13當有4段繩子來分擔總重時，繩子拉力為0.21，如圖14所示，圖14通過3次實驗，計算出的滑輪組機械效率不一樣，繩子段數(shù)越多時，機械效率越低，那是不是就說明滑輪組的機械效率和滑輪組的繞線方式有關(guān)？請同學(xué)們交流思考，如果忽略繩重及摩擦，把同一個物體用相同的滑輪組以不同的方式繞線提升相同的高度，那滑輪組的機械效率一樣嗎？通過分析可知，忽略繩重及摩擦?xí)r，有用功一樣，額外功一樣，都是把相同的動滑輪提升了相同的高度，那機械效率計算出來就應(yīng)該一樣，從計算公式的分析角度也一樣。通過理論分析，當忽略忽略繩重及摩擦?xí)r，提升相同的物體，滑輪組的機械效率和繩子的繞線方式?jīng)]有關(guān)系，那是什么因素導(dǎo)致我們在實際實驗過程中繞線方式不一樣，機械效率也不一樣呢？應(yīng)該是被我們忽略的因素，繩重及摩擦，繩子都一樣重，那應(yīng)該是繩子和滑輪之間的摩擦造成的，滑輪組的繞線方式越復(fù)雜，就造成了滑輪和繩子之間的摩擦力越大，從而影響了最后的機械效率，這個實驗還是說明滑輪組的機械效率與繩和滑輪之間的摩擦有關(guān)。實驗效果評價通過探究滑輪組機械效率與物體重力之間的關(guān)系開展小組實驗，通過小組實驗培養(yǎng)學(xué)生的操作能力、團隊協(xié)作能力等，在小組實驗中，暴露出一部分學(xué)生動手能力差、合作意識差、目標意識差、規(guī)范操作意識差等問題，在后續(xù)的實驗教學(xué)中，還應(yīng)繼續(xù)培養(yǎng)同學(xué)們各項能力。通過自制機械效率實驗儀，能夠較好的培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。通過自制機