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2、根据实验数据分析、归纳科学规律。
教学器材:
两个定滑轮、两个动滑轮组成的滑轮组、铁架台、弹簧测力计、若干个钩码、刻度尺。
教学方法:
观察法 交流讨论法 实验演示法 比较法 练习法 阅读法
教学过程:
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。
新课教学
一、什么是有用功与额外功
1、提出问题:
功的原理告诉我们:
使用机械不能省功。
那么使用机械时所做的功是否百分之百都是我们需要的呢?
2、有用功、额外功、总功的概念。
有用功:
把完成某项任务时有实用价值的功,叫做有用功。
额外功:
把无实用价值而又不得不做的功,叫做额外功。
总功:
有用功和额外功之和是总功。
3、做课文P11“活动1”分析有用功和额外功。
用多媒体展示滑轮组提升重物和挖掘机挖掘泥土的场景,让学生如同身临其境。
并引导学生回答下列问题:
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?
学生经过思考、讨论,可以答出:
教师提出一些问题,引导学生分析、讨论与交流。
(1)分析图11-16(a)中哪些功是我们需要的?
哪些是我们不得不额外做的功?
①观察课文图11-16(a):
为了省力,人们用滑轮组。
②问题:
用滑轮组提起重物的目的是什么?
拉力所提升是否只有重物?
③哪些功是有用功?
哪些功有额外功?
(2)分析图11-16(b)中哪些功是我们需要的?
①观察课文图11-16(b):
为了省力,利用挖掘机挖掘、搬运泥土。
挖掘机工作时除了挖掘、搬运泥土做功外,还做了哪些功?
③哪些是有用功?
哪些是额外功?
(3)对于教材图11-16a,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。
(4)对于教材图11-16b:
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。
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。
额外功(W额外):
克服机械自身的重力和摩擦力所做的功。
总功(W总):
有用功和额外功的总和,即W总=W有用+W额外。
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。
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。
目的是把水提到楼上,所以对水做的功是有用功,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。
4、老师小结:
从以上分析我们看到:
使用机械时所做的功不可能百分之百都是有实用价值的功,无实用价值而又不得不做的功总是存在的。
问题:
使用机械做功时,是有用功多些好?
还是额外功多些好?
二、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?
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。
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?
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?
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、机械效率用希腊字母表示。
4、思考:
任何机械效率总小于1,这是为什么?
由于使用机械时总会不得不做一些额外功,所以机械效率必然小于1。
5、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
6、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。
7、教师:
人们使用各种机械时,总希望额外功做得少些,即有用功在总功中所占的份额大些,有用功在总功中所占的份额比例,在物理学中用机械效率来表示,各种机械的机械效率越高,所做的有用功越接近总功,能量浪费就越少。
其实在我们的学习、生活、工作等方方面面都要注意提高效率,这样有利于提高学习成绩、生活质量、工作成就。
三、测算滑轮组的机械效率
1、根据课文P12图11-17选取器材:
一个定滑轮、一个动滑轮组成的滑轮组、铁架台、弹簧测力计、若干个钩码、刻度尺。
2、“活动2”测算滑轮组的机械效率
根据“活动1”对“用滑轮组提起重物”的事例分析结果,思考测算滑轮组机械效率,需要测量哪些物理量?
怎样测量?
3、引导学生设计记录表格。
4、进行实验。
在教师指导下学生分组进行实验,各实验小组同学分工协作,用不同质量的钩码进行两组实验,每组实验进行两次。
5、分析、处理实验数据,得出结论:
根据实验得到的数据,计算各次实验中的有用功、总功和机械效率。
比较滑轮组提升不同的重物时机械效率是否相同?
结论:
同一滑轮组,提起的物体越重,滑轮组的机械效率越高。
6、问题:
为什么同一滑轮组,提起的物体越重,滑轮组的机械效率就越高?
讨论:
滑轮组提起不同重物时,随重物上升的动滑轮的重不变,提升同样的高度,克服动滑轮做的额外功不变,而有用功则随提起的重物重量增加,所占的份额就相对增大,有用功所占的份额越大,滑轮组的机械效率就越高。
7、让学生提出猜想,同一滑轮组的机械效率除了跟提起的物重有关外,还可能与什么因素有关?
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hW有用=G桶h
=50N×
10m=10N×
10m
=500J=100J
W额外=G桶hW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
=
=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
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%。
课堂小结:
请学生回答问题:
1、为什么要引入机械效率?
怎样表示机械效率?
2、做过“测算滑轮组机械效率”的实验后,你认为提高滑轮组机械效率有哪些可行的措施?
课堂练习
1、在物理学中, 的功,叫做有用功;
把
的功,叫做额外功。
叫做总功。
2、同学们在探究“影响滑轮组机械效率高低的因素”时,提出了下列假设:
(1)滑轮组机械效率可能与滑轮组重有关。
(2)滑轮组机械高低可能与被提升物重有关。
(3)滑轮组机械效率可能与物体提升高度有关。
(4)滑轮组机械效率高低可能与承重绳子段数有关。
然后一位同学设计了如图所示的两个滑轮组,进行对比实验来证明提出的假设,则该实验验证的假设是( )
A、
(1) B 、
(2) C 、(3) D、 (4)
五、布置作业:
课文P13-14自我评价与作业第1、2、3、4题。
板书设计:
11.3 如何提高滑轮组的机械效率
一、什么是有用功、额外功
1、概念:
在物理学中,把有用功W有用占总功W总的比值。
2、公式:
三、如何提高滑轮组的机械效率
1、减小动滑轮的重。
2、增加物重。
3、减小摩擦。
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