第1个回答 2012-06-09
如何提高机械效率
1．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。
过程与方法
⑷经历测算滑轮组机械效率的过程，学习测算简单机械效率的方法。
情感态度与价值观
⑸通过学习"效率"的概念，增强节约意识，提高对科学发展观的认识。
2．教材说明
本节主要内容有：有用功、额外功、总功的概念，机械效率的概念和测算，提高机械效率的方法和意义。
机械效率是在简单机械、功和功率等基础知识上构建起来的新概念，既是前面这些知识的延伸，又是后面学习热机效率等概念的基础。它和功率一样，也是反映机械做功性能的重要物理量，在生活和生产中有着非常实际的价值和意义。建设高效率、低消耗的节约型社会，是科学发展观的重要理念，是学生必备的科学素质。
本节教材的编写思路：首先通过"活动1"，分析两个实际做功的场景：用滑轮组提起重物和利用挖掘机挖掘、搬运泥土，哪些功是我们需要的？哪些功是不得不额外做的？从中自然地引出有用功、额外功和总功三个概念，以及总功与有用功和额外功的关系。由此顺理成章地导出机械效率的定义，以及机械效率的公式，再引导学生讨论："机械效率的数值会等于或大于1吗"，加深学生对机械效率的认识。"活动2"通过实验操作，学习实际测算滑轮组的机械效率，感受"同一机械其效率也不是恒定不变的"，最后讨论如何提高机械效率的方法。传统的教材都是在说明的基础上，直接给出"有用功"和"额外功"的定义，由于初中学生往往需要借助具体事物来帮助思维，这种方式并不利于学生接受。现行教材考虑到学生在生活中对"有用功"和"额外功"已经有了一些感性认识，但与物理学的严格定义尚有距离，所以设计了"活动1"，让学生在分析具体做功实例过程中，感受"有用功"和"额外功"的含义。
本节教学重点：有用功、额外功和总功是建立机械效率的基础，而机械效率是衡量机械优劣的重要指标，因此，有用功、额外功、总功及机械效率是本节课教学的重点。
本节教学难点：同一机械的效率是可变的，是本节课教学的难点。
组织学生参与"活动1"，通过具体做功实例的分析，使学生清楚地知道使用机械要做额外功，这是本节课教学的关键。
3．教学建议
本节课可以开门见山直接引入：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。
什么是有用功与额外功
"活动1"的目的是：通过具体做功实例的分析，让学生知道"有用功"和"额外功"的含义。这是本节课教学的重点和关键，要组织全体学生积极参与。
在具体教学过程中，为了增加学生的感性认识，便于学生分析，可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：
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。
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。（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，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
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。）
（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？（答：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。）
通过这两题的回答，要使学生意识到：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。
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；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。）
此时可增加一道有关滑轮组机械效率的计算题，通过计算，一帮助学生从具体应用中理解有用功、额外功和总功，感受机械效率的意义；二熟悉机械效率的计算公式，找到解答此类问题关键，为下面测算滑轮组的机械效率做好知识上的准备；三可规范学生解答物理计算题的格式。
例题：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%。
活动2 测算滑轮组的机械效率
教材安排"测算滑轮组的机械效率"，目的是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。
动手实验前，应使学生明确：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。）
（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。）
学生讨论回答后，教师边演示边讲解做好实验的注意事项：
（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。
该实验从组装滑轮组到测出各个量，要进行的活动和记录的数据都比较多，教师要加强巡回指导，发现问题及时引导。
学生实验完毕，汇报实验结果，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。
在此基础上，可以让学生继续思考：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。）
对于程度比较好的学生，还可以提出以下讨论题：
（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。）
最后，可以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。还可以将此问题进一步升华，谈谈工作和经济建设中的效率问题，培养学生科学发展观
1．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。
过程与方法
⑷经历测算滑轮组机械效率的过程，学习测算简单机械效率的方法。
情感态度与价值观
⑸通过学习"效率"的概念，增强节约意识，提高对科学发展观的认识。
2．教材说明
本节主要内容有：有用功、额外功、总功的概念，机械效率的概念和测算，提高机械效率的方法和意义。
机械效率是在简单机械、功和功率等基础知识上构建起来的新概念，既是前面这些知识的延伸，又是后面学习热机效率等概念的基础。它和功率一样，也是反映机械做功性能的重要物理量，在生活和生产中有着非常实际的价值和意义。建设高效率、低消耗的节约型社会，是科学发展观的重要理念，是学生必备的科学素质。
本节教材的编写思路：首先通过"活动1"，分析两个实际做功的场景：用滑轮组提起重物和利用挖掘机挖掘、搬运泥土，哪些功是我们需要的？哪些功是不得不额外做的？从中自然地引出有用功、额外功和总功三个概念，以及总功与有用功和额外功的关系。由此顺理成章地导出机械效率的定义，以及机械效率的公式，再引导学生讨论："机械效率的数值会等于或大于1吗"，加深学生对机械效率的认识。"活动2"通过实验操作，学习实际测算滑轮组的机械效率，感受"同一机械其效率也不是恒定不变的"，最后讨论如何提高机械效率的方法。传统的教材都是在说明的基础上，直接给出"有用功"和"额外功"的定义，由于初中学生往往需要借助具体事物来帮助思维，这种方式并不利于学生接受。现行教材考虑到学生在生活中对"有用功"和"额外功"已经有了一些感性认识，但与物理学的严格定义尚有距离，所以设计了"活动1"，让学生在分析具体做功实例过程中，感受"有用功"和"额外功"的含义。
本节教学重点：有用功、额外功和总功是建立机械效率的基础，而机械效率是衡量机械优劣的重要指标，因此，有用功、额外功、总功及机械效率是本节课教学的重点。
本节教学难点：同一机械的效率是可变的，是本节课教学的难点。
组织学生参与"活动1"，通过具体做功实例的分析，使学生清楚地知道使用机械要做额外功，这是本节课教学的关键。
3．教学建议
本节课可以开门见山直接引入：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。
什么是有用功与额外功
"活动1"的目的是：通过具体做功实例的分析，让学生知道"有用功"和"额外功"的含义。这是本节课教学的重点和关键，要组织全体学生积极参与。
在具体教学过程中，为了增加学生的感性认识，便于学生分析，可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：
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。
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。（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，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
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。）
（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？（答：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。）
通过这两题的回答，要使学生意识到：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。
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；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。）
此时可增加一道有关滑轮组机械效率的计算题，通过计算，一帮助学生从具体应用中理解有用功、额外功和总功，感受机械效率的意义；二熟悉机械效率的计算公式，找到解答此类问题关键，为下面测算滑轮组的机械效率做好知识上的准备；三可规范学生解答物理计算题的格式。
例题：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%。
活动2 测算滑轮组的机械效率
教材安排"测算滑轮组的机械效率"，目的是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。
动手实验前，应使学生明确：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。）
（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。）
学生讨论回答后，教师边演示边讲解做好实验的注意事项：
（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。
该实验从组装滑轮组到测出各个量，要进行的活动和记录的数据都比较多，教师要加强巡回指导，发现问题及时引导。
学生实验完毕，汇报实验结果，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。
在此基础上，可以让学生继续思考：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。）
对于程度比较好的学生，还可以提出以下讨论题：
（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。）
最后，可以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。还可以将此问题进一步升华，谈谈工作和经济建设中的效率问题，培养学生科学发展观
如何提高滑轮组的机械效率教学设计
此时可增加一道有关滑轮组机械效率的计算题,通过计算,一帮助学生从具体应用中理解有用功、额外功和总功,感受机械效率的意义;二熟悉机械效率的计算公式,找到解答此类问题关键,为下面测算滑轮组的机械效率做好知识上的准备;三可规范学生解答物理计算题的格式。 例题:如图13-6所示,建筑工人用滑轮组提升重为220N的泥桶...
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