11.3 如何提高机械效率
第一课时
一、教学目标
知识与技能
⑴知道有用功、额外功和总功的含义，以及它们之间的关系。
⑵理解机械效率，会用机械效率的公式进行简单的计算，会测算滑轮组的机械效率。
⑶知道机械效率总小于1，知道提高机械效率的方法和意义。
教学重点：有用功、额外功、总功及机械效率是本节课教学的重点。
教学难点：同一机械的效率是可变的，是本节课教学的难点。
二、教学过程
1．引入新课
现代社会是讲求效率的节约型社会，时时处处都要讲究提高效率。我们使用机械也要讲效率。那么，什么是机械效率呢？下面我们就来研究这个问题。
2．新课
什么是有用功与额外功
1、让学生观察“活动1”，通过具体做功实例的分析，并引导学生回答下列问题，让学生知道“有用功”和“额外功”的含义。
⑴在这两个情景中，力对哪些物体做了功？
⑵哪些功是我们为了达到特定目的必须要做的功？
⑶哪些功是我们不需要但又不得不做的功？
2、学生经过思考、讨论，可以答出：
⑴对于教材图13-16a，拉力对滑轮组做功时，拉力对重物、动滑轮、绳子以及克服各部分之间的摩擦力都做了功；其中，提升重物做的功是我们需要的功，对动滑轮、绳子以及克服摩擦所做的功是我们不需要但又不得不做的功。
⑵对于教材图13-16b：挖掘机对泥土、挖斗以及克服各部件之间的摩擦力都做了功；其中，提升泥土所做的功是我们需要的功，对挖斗以及克服摩擦所做的功是我们不需要但又不得不做的功。
3、在学生回答的基础上，教师给出提升物体时，“有用功”、“额外功”及“总功”的含义：
有用功（W有用）：克服物体的重力所做的功。（W=Gh）
额外功（W额外）：克服机械自身的重力做功（W=Gh）、克服摩擦力和绳子自重所做的功（忽略不计不要求计算）。
总功（W总）：有用功和额外功的总和，即W总=W有用+W额外。（W=Fs）
4、然后向学生指出：在实际用机械做功时，总功也等于动力对机械做的功。
为了检验学习效果，可让学生分析下列情况中的有用功、额外功、总功，并说明这样分析的理由：
⑴用桶从井中提水。（答：目的是把水提上来，所以提升水做的功是有用功，对水桶做的功是额外功，对水和水桶做的功是总功。）
⑵桶掉到井里，把桶从井中捞起。（答：目的是把水桶捞上来，所以对水桶做的功是有用功，对水做的功是额外功，对水桶和水做的功是总功。）
⑶用水桶把水提到楼上去。（答：目的是把水提到楼上，所以对水做的功是有用功
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，对水桶和人所做的功是额外功，对水、水桶和人做的功是总功。）
什么是机械效率
1、可用下面的问题引出机械效率的定义：
（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？（答：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。）
通过回答，使学生意识到：我们在使用机械做功时，额外功是不可避免的，但我们总希望做的额外功越少越好，也就是有用功在总功中所占的比例越大越好。至此，可以引导学生自己总结出机械效率的定义和公式。（如何计算比例？引出有用功在总功中占的比例——机械效率）
2、为了加深对机械效率的理解，可以组织学生讨论以下问题：
（1）机械效率的高低表示的物理意义是什么？（答：有用功在总功中所占比例的高低）
（2）机械效率的单位是什么？（答：机械效率是两个功（W有用、W总）的比值，没有单位。）
（3）为什么机械效率总小于1？能不能等于1？（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）
3、使用机械做功总是希望机械效率越大越好，以打水为例，引导学生讨论如何提高机械效率呢？
方法一：额外功一定时，增加有用功；方法二：有用功一定时，减少额外功
4、让学生解下列有关滑轮组机械效率的计算题，帮助学生从具体应用中理解有用功、额外功和总功，熟悉机械效率的计算公式，找到解答此类问题关键。
例1、桶重10N，从10m深的水井中打水和捞桶时都提上来50N的水，分别计算打水和捞桶这两个过程中的有用功和额外功、总功。
打水 捞桶
W有用＝G水h W有用＝G桶h
=50N×10m =10N×10m
=500J =100J
W额外＝G桶h W额外＝G水h
=10N×10m = 50N×10m
=100J =500J
W总＝W有用＋W额外 W总＝W有用＋W额外
=500J+100J =100J+500J
=600J = 600J
图13.3-1
= =
=83.3% =16.7%
例2、如图13-6所示，建筑工人用滑轮组提升重为220N的泥桶，动滑轮重为20N，不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重。如果工人将绳子匀速向上拉了6m，则泥桶上升了多少？滑轮组的机械效率是多少？
已知：G桶=220N，G动滑轮=20N，s=6m，n=3
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求：h，η
解：泥桶上升的高度：。
工人对泥桶做的有用功：W有用=G桶h=220N×2m=440J。
工人对动滑轮做的额外功：W额外=G动滑轮h=20N×2m=40J。
所以总功：W总=W有用+W额外=440J+40J=480J。
滑轮组的机械效率：。
答：泥桶上升了2m，滑轮组的机械效率是91.7%。
三、小结
本节课我们认识了使用机械做功时所做的有用功、额外功和总功三个概念，以及理解了机械效率及基计算方法。
四、课堂练习（学案达标1—4题）
五、板书
有用功（目的要做的功）W有用= W总—W额外（W有用=Gh）
额外功（为达到目的而不得不做的功）W额外=W总—W有用（不要求单独计算）
总功（有用功+额外功）W总= W有用+ W额外（W总=Fs）
机械效率 机械效率——有用功与总功的比值
提高机械效率：额外功一定时，增加有用功
有用功一定时，减少额外功
六、作业布置（预习剩余内容及完成课后练习和学案练习）
如何提高机械效率（第2课时）
一、教学目的
让学生练习测算机械效率的方法，加深对机械效率的理解，知道同一机械的机械效率并不是不变的，从而了解提高机械效率的方法。
二、新课
1、引导学生阅读“”活动2 ——测算滑轮组的机械效率”
2、演示实验，并让学生明确：实验的目的是测算滑轮组的机械效率，因而要求出有用功和总功，为此，可引导学生通过下列问题的讨论，逐步设计实验方案：
（1）滑轮组工作中的有用功怎样计算？需要测量哪些物理量？（答：W有用=G桶h，要测量物重G和物体上升的高度h。）
（2）滑轮组的额外功是怎样产生的，是否便于测量？（答：克服绳重、滑轮的摩擦、动滑轮的重力所做的功都是额外功；显然，这些额外功很难直接测量。）
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（3）因为滑轮组的额外功不便直接测量，所以，用有用功和额外功之和求总功不方便。那么，还有其他简便的方法测算总功吗？需要测量哪些物理量？（答：有。测出绳端的拉力F和拉力移动的距离s，根据W总=Fs计算出总功。）
（4）为了求出滑轮组的有用功和总功，进而测出滑轮组的机械效率，除滑轮组外，实验中还需要哪些器材？（答：弹簧测力计和刻度尺。）
3、学生讨论回答后，教师边演示边讲解做好实验的注意事项，学生观察实验并作好数据的记录
（1）钩码上升的高度h，可用竖直放置在钩码旁的刻度尺读出，以钩码的下端为标准读数。
（2）拉力F的大小由弹簧测力计的示数读出，要竖直向上匀速拉动弹簧测力计，弹簧不要和外壳摩擦。
（3）测量细绳自由端通过的距离s时，可事先在细绳自由端上作一标记，再拉弹簧测力计，用滑轮组提升重物。用刻度尺量出钩码上升的高度后，再量出细绳标记移动的距离，就是细绳自由端通过的距离s。
次序
物重G/N
弹簧测力计的示数F/N
重物上升高度h/m
绳子自由端移动的距离s/m
动力对滑轮做功W总/J
(W总=Fs)
滑轮组对生物做功W有用/J(W有用=Gh)
机械效率η
1
2
4、让学生根据收集的数据，计算出两次机械效率
5、学生通过计算的结果，他们会发现：同一个滑轮组，在提升不同的重物时，其机械效率是不同的。（这是因为在提升重物时，物体越重，所做的有用功越多，有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率越高。）
6、引导学生思考：还有什么因素会影响滑轮组的机械效率？为什么？（答：动滑轮的重会影响滑轮组的机械效率，动滑轮越重，额外功在总功中所占的比例就越大，机械效率越低；滑轮自身部件的摩擦也会影响滑轮组的机械效率。）
7、进一深化，引导学生讨论以下问题：
（1）在以上实验中，还有其他方法测出绳子自由端移动的距离吗？（答：有。数出承担重物的绳子股数n，则绳子自由端通过的距离s=nh，h为重物上升的高度。）
（2）如果不测出物体上升的高度h和绳子自由端移动的距离s，还能不能计算出滑轮组的机械效率？（答：能。因为s=nh，则机械效率。）
8、让学生阅读教材了解一些设备的效率，知道提高机械效率的一些主要方法，培养学生合理改进机械、提高效率的意识。
三、小结
本节我们通过实验测算了滑轮组做功的机械效率，知道了实验过程中需要测量的物理量，和如何计算不能直接测量的物理量，使我们明白了机械效率的可变性。
四、课堂练习（学案练习）
五、作业布置
六、板书设计
实验器材：滑轮组、绳子、钩码、弹簧测力计、直尺
实验步骤：分别测量G物、F、h、s、W有W总
W额外功的测量：不能直接测量（W额外=W有用－W总）
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测量机械效率
计算机械效率：
nh未知，机械效率的计算：
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