11．3　如何提高机械效率【教学目标】一、知识与技能1．了解什么是有用功、额外功、总功．2．理解机械效率的概念，会利用公式η＝进行有关计算，知道机械效率小于1.3．知道提高机械效率的意义和主要方法．二、过程与方法1．从生活实际出发，培养探究物理学的有关知识，深入认识事物的能力．2．通过测量机械效率的过程和参与探究斜面的机械效率的活动，学习拟定简单的科学探究计划和实验方案．三、情感、态度与价值观1．让学生关注生产、生活中各种机械的机械效率，具有用机械效率来评价机械的意识．2．通过探究活动，进行充分的交流与合作，培养学生严谨求实的科学态度和团结协作的科学精神．【教学重点】理解机械效率的概念．【教学难点】测算滑轮组的机械效率．┃教学过程设计┃教学过程设计意图,一、新课引入用多媒体展示下列问题，师生共同讨论.1.日常生活中的很多事情都有效率问题，比如一家人吃饭，不可能把每粒米都吃进肚里，这里我们可用效率表示对米的有效利用程度；用铅笔写字，一支铅笔的铅笔芯不可能完全被利用，但是人们总希望这根铅笔芯被利用的程度越大越好，因而这里的效率反映了对铅笔芯的有效利用程度；用炉子烧水的时候，煤炭不可能完全燃烧，燃烧的煤炭放出的热量也只有一部分被水吸收，很多热量浪费掉了，在这里我们可以用效率的高低来表示对煤炭和放出的热量的有效利用率的大小．生活中所说的“工作效率”、“学习效率”、“办事效率”等等，都从一定角度反映了对某些事物的有效利用程度.2.现代社会讲究效率，时时、事事、处处都要求高效率，即以尽可能少的消耗，取得尽可能多的效益．“优胜劣汰”中的“优”字，“高效率”就是它的一个重要内容．同样，我们在使用机械做功时，也要讲究效率——机械效率．那么什么是机械效率？如何提高机械效率呢？二、新课教学(一)什么是有用功与额外功1.提出问题：机械功原理告诉我们，使用任何机械都不能省功．那么，实际使用机械做功时，动力对机械做的功，都是我们需要的有用功吗？2.设计实验：按如图11－3－1所示的方法进行实验.(1)用弹簧测力计直接将重为4N的钩码匀速提升0.5m，记下弹簧测力计的示数F1和物体升高高度s1，如图11－3－1甲所示.(2)用弹簧测力计并借助一只动滑轮将4N的钩码匀速提升0.5m，如图11－3－1乙所示．记下弹簧测力计的示数F2和绳子自由端在F2方向上向上移动的长度s2.3.实验记录：拉力/N物体在力的方向上移动的距离/m直接用弹簧测力计提重物40.5用弹簧测力计并借助一只动滑轮提重物314.分析与论证：问题式导入，激发学生的求知欲，为新课教学做好铺垫.通过实验探究活动，培养学生的动手、观察与分析能力，归纳并总结出有用功、额外功及总功的含义，加深理解，做到熟练掌握新授知识.,(1)直接用弹簧测力计将钩码提升0.5m，拉力F1所做的功W1＝F1s1＝4N×0.5m＝2J(2)用弹簧测力计借助动滑轮将钩码提升0.5m，拉力F2所做的功W2＝F2s2＝3N×1m＝3J(3)W2>W1，表明借助滑轮的弹簧测力计做的功多一些，做功多的原因是机械本身的自重，以及摩擦等因素的影响.5.得出结论：拉力所做的功，即动力所做的功，物理学中叫总功．它包括将重物提升一定高度不得不做的功和克服滑轮重、绳重及摩擦阻力所做的功.6.实验总结：(1)有用功(W有用)：人们需要做的功，也就是为了达到目的人们必须做的对人们有用的功．如：要想提水上楼，水重乘以提升高度就是有用功，表示为W有用＝Gh.(2)额外功(W额外)：人们为达到一定目的时并不需要但又不得不额外做的功．它的产生主要有两种原因：①提升物体时，克服机械自重、容器重量等所做的功，如用滑轮提一桶水时，克服动滑轮和桶重所做的功为额外功，W额外＝G′h.②克服机械的摩擦所做的功都是额外功，W额外＝f摩s.(3)总功(W总)：人们在达到一定目的过程中，实际做的功等于有用功和额外功的总和，一般指动力F做的功，W总＝Fs.7.对有用功、额外功和总功的理解：一般情况下，人们做功有两个目的：一是竖直提高物体，二是水平移动物体．如果匀速提升物体，有用功等于物重乘以提升高度，即W有用＝Gh；如果使物体在水平面上做匀速直线运动，在已知物体与水平面的摩擦力的情况下，有用功等于摩擦力乘以物体移动的距离，即W有用＝fs.为了完成有用功，在使用机械的同时，要克服机械自身的重(如动滑轮的重)做功，还要克服由于使用机械而造成的摩擦(比如：绳子与滑轮之间的摩擦、滑轮或杠杆与其他轴之间的摩擦、物体与斜面之间的摩擦等)做功，这些并非人们需要，但又不得不做的功是额外功．人们在达到一定目的的过程中，实际做的功等于有用功与额外功的总和，这个功叫做总功，W总＝W有用＋W额外.(二)什么是机械效率1.提出问题：(1)当你用水桶提水时，有两只大小相同的水桶可供选择，一只是轻质塑料桶，另一只是厚铁皮桶，你选择哪一只水桶？为什么？(应选择轻质塑料水桶，因为提同样多的水，用塑料桶需要做的额外功较少．)(2)当你用动滑轮提升一只箱子时，你希望选用什么样的滑轮？为什么？(希望选择一只又轻巧又坚固的动滑轮，因为这样可以减少额外功．)待学生阅读完课文第12页内容后，师生共同总结.2.机械效率的概念及公式概念：在物理学里，把有用功W有用跟总功W总的比值，叫做机械效率.　以生活中的例子导入，引出机械效率，提升趣味性.,公式：η＝×100%3.对机械效率公式的理解(1)机械效率是有用功与总功之比，它只有大小，没有单位．①由于使用机械做功时，一般情况下，不可避免地要做一部分额外功，有用功总小于总功，所以机械效率总小于1，通常用百分数来表示；但理想情况下，即不考虑机械自身的重力，不考虑摩擦时，机械效率可等于1，这种机械称为理想机械．②机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量，机械效率越高，这个机械的性能越好.(2)机械效率由有用功和总功两个因素决定，分析机械效率高低时不能只考虑一个因素．①当总功一定时，机械做的有用功越多，或额外功越少，机械效率就越高；②当有用功一定时，机械所做的总功越少，或额外功越少，机械效率就越高；③当额外功一定时，机械所做的总功越多，有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高.4.启发引导学生思考和解答下列问题(1)机械效率和功率的区别和联系.学生回答后，师生共同总结：机械效率和功率这两个物理量是从不同方面反映机械性能的，它们之间没有必然的联系．功率大表示机械做功快，机械效率高表示机械对总功的利用率高．功率大的机械不一定机械效率高，例如：内燃机车功率可以达到几千千瓦，但效率只有30%～40%；反之，机械效率高的机械功率不一定大，例如：安装在儿童玩具汽车里的电动机效率可达80%，但功率却只有几瓦特.(2)“任何机械的机械效率总小于1”与机械功原理是否相互矛盾？学生讨论交流后，师生共同明确：在理想状况下(无摩擦、机械无自重)，人们用机械所做的功等于直接用手所做的功；在非理想状况下，人们用机械所做的功大于直接用手做的功，因为人们还要克服机械摩擦和机械自重做一部分功．“任何机械的机械效率总小于1”与机械功原理并不矛盾，它是机械功原理的另一种表述方式，也是能量守恒定律的一种表现.教师导入：通过学习我们知道，机械效率越高越好，即有用功占总功的比值越大越好．那么怎样才能提高机械效率？5.怎样才能提高机械效率人们在使用简单机械时，总是希望有用功在总功中所占的比例大些，因此应尽量减少额外功，额外功的产生主要是克服摩擦做功和克服机械自重做功，因此从减小额外功这一角度出发，提高机械效率的主要方法是：改进机械结构，尽量减小机械自重；合理使用机械，按规定进行保养以减小摩擦，以达到提高机械效率的目的.通过进一步的总结，可提高学生对机械效率的认识.┃教学小结┃,【板书设计】11．3　如何提高机械效率一、有用功、额外功、总功1.对人们有利用价值的功，叫做有用功，用W有用表示．2．对人们既无利用价值而又不得不做的功，叫做额外功，用W额外表示．3．人们为达到一定目的实际做的功，等于有用功和额外功的总和，叫做总功，用W总表示．二、机械效率1．有用功跟总功的比值叫做机械效率2．公式：η＝×100%3．提高机械效率的方法：①减小摩擦；②改进机械，减小自重．【教学反思】“如何提高机械效率”一节主要讲述有用功，额外功、总功与机械效率等方面的内容．前面已经学习了机械功和功率的基本概念以及机械功的原理，而我们引入这些物理概念的目的就在于研究机械做功的问题．谈到机械做功就不得不谈到机械效率的问题，所以这节课将更多地和生活相联系．机械的使用就是为了代替人力做功，所以我们要认真了解和认识我们身边的机械．初学“机械效率”，往往对这些概念感到陌生难懂，而且思维不通、前后矛盾，甚至与学过的功率相混淆．通过分析阐述，帮助学生理解机械效率的物理含义，认识机械效率的高低是反映机械性能优劣的重要指标之一．教学从学生熟悉的实例出发引导学生做进一步的思考，发现问题，然后通过实例分析揭示问题的本质；学生在学习的过程中充满发现问题的意识和创新意识，有效培养了学生的观察能力和探究问题的能力．,