第 3 节 机械效率
导入一:
小明家最近买了一处新楼房,家在三楼.想把洗手间、厨房装修一下,需把沙子运到三楼.
请同学们根据需要,选择器械帮助小明家解决这个问题,看看哪个小组选的办法最好?
请学生发表自己的见解,提出各种方案.并对各种方案进行讨论,比较优缺点.
[设计意图] 创设真实的情景,容易激发学生兴趣,顺利进入教学.
如图所示的三种方法仅供参考:第 1 种是人直接提着沙子上楼;第 2 种是把沙子放进桶
里,人通过动滑轮把沙子拉上楼;第 3 种是把沙子放进质量较小的袋子里,人通过动滑轮把
沙子拉上楼.
经过讨论明确第一种方法太不方便.第三种方法最好,因为它比第二种方法用的力小.
提升相同高度做的功少.
[设计意图] 通过讨论,为下面学习有用功与额外功做好铺垫.
导入二:
创设情境,引入课题
提出问题:直接提升物体做功,与使用机械提升物体做功相同吗?
实验演示:直接提升物体、用滑轮组提升物体.
G/N h/m W 直/
J F/N s/m W 有/J
2 0.1 0.2 1.0 0.3 0.3
2 0.1 0.2 0.5 0.5 0.25
结论:使用滑轮组提升物体跟直接提升物体相比较,不省功.
推论:使用任何机械都不省功.
引出新课:机械效率.2
一、有用功和额外功
结合用动滑轮提升沙子,请同学们观看提沙子过程的视频.思考:
1.在把沙子从一楼运上三楼的过程中,每种方法中各对哪些物体做了功?
2.无论采取哪种方法都必须做的功是对什么做的功?
3.在几种不同的方法中不愿做但又不得不做的功分别是什么?
学生进一步思考并回答.
板书:一般来说,机械对外所做的功为有用功,机械克服自身部件的重力和摩擦力所做
的功为额外功,动力对机械所做的功为总功.
总功等于有用功与额外功之和.
指出:前面实验中,第三种方法最好,因为第三种方法做的额外功最少,总功最少.
讨论:不使用机械直接提升物体做的功,与使用机械提升物体做的功一样吗?(手拉绳做
的功与动滑轮对沙子做的功相等吗?)怎样探究这个问题?
1.设计实验方案:用手通过一个弹簧测力计拉一个动滑轮,沿竖直方向匀速缓慢提起重
为 G 的钩码.
2.为了探究上述问题需要测量的物理量是:手对绳的拉力 F、手移动的距离 s、钩码的
重力 G、钩码上升的高度 h.
3.改变钩码的数量,重复上述测量.
4.设计表格,将实验数据填入表中.
次数 手对绳的拉力
F/N 手移动的距离 s/m 钩码的重力
G/N
钩码上升的高度
h/m
1
2
3
学生边实验边填表.
[设计意图] 进一步理解有用功和额外功,并会测量有用功和总功.
5.分析实验数据:
(1)手拉绳所做的功与动滑轮拉钩码所做的功是否相等?
(2)哪一个做的功多一些?
(3)你认为产生这一现象的原因是什么?
6.结论:
(1)不相等;
(2)手拉绳做的功多;
(3)有摩擦,在提起重物时还要提起动滑轮.
[知识拓展] 有用功和总功的区别:
有用功是人们为了达到目的,无论采用哪种方法都必须做的功,例如:在提升物体时,无
论是使用定滑轮、动滑轮,还是杠杆,对物体竖直向上的拉力与物体在竖直方向上移动的距
离的乘积就是有用功,在使用机械做功时,有用功等于机械对物体所做的功,即等于不用机
械而直接用手所做的功.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.若匀速提升物体,有用功等于物重乘以提升高度,即 W 有=Gh;若使物体在水平面上3
做匀速直线运动,在已知物体所受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=fs.为了完成有用功,在使用机械的同时,还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(如:绳子与滑轮之间的摩擦;滑轮或
杠杆与轴之间的摩擦)做功,这些并非是人们需要,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+W 额.
二、机械效率
工作中,我们总是希望额外功越少越好;也就是有用功在总功中所占的比例越大越好.
在物理学中,用机械效率表示有用功在总功中所占的比例.
机械效率= .
计算公式:η= .
三者之间的关系 W 总=W 有+W 额.
注意:对于实际机械,因为总是有额外功存在,所以 η”“ (4)测量钩码上升的高度和弹簧测力计移动的距离
1.有用功:人们所需要的、不得不做的功.
额外功:人们不需要,但又不得不做的功.
总功:有用功与额外功之和.9
2.机械效率:有用功与总功之比.公式 η= ,没有单位,小于 1,常用百分数表示.
3.探究:斜面的机械效率.
提出问题、猜想、设计实验方案、进行实验、分析数据、得出结论、评估.
一、教材作业
【必做题】
教材第 88 页动手动脑学物理的 1,2,3,4 题.
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