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1、
第3節(jié) 機(jī)械效率
一、教學(xué)目標(biāo)
(一)知識(shí)與技能
1.能結(jié)合實(shí)例分析什么是有用功、額外功和總功。
2.明確機(jī)械效率是描述做功效率的物理量。能利用機(jī)械效率的公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。
3.能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),測(cè)定某種簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率。
(二)過(guò)程與方法
1.通過(guò)探究使用動(dòng)滑輪的特點(diǎn),知道使用機(jī)械就要做額外功。
2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)與討論,認(rèn)識(shí)提高機(jī)械效率的主要方法。
(三)情感態(tài)度與價(jià)值觀
知道提高機(jī)械效率的實(shí)際意義和方法,有合理改進(jìn)機(jī)械、提高效率的意識(shí),增強(qiáng)將科學(xué)服務(wù)于人類的責(zé)任感。
二、教學(xué)重難點(diǎn)
本節(jié)內(nèi)容由“有用功和額外功”“機(jī)械效率”兩部分構(gòu)成,機(jī)械效率是
2、本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)。教學(xué)中要通過(guò)實(shí)例分析有用功、額外功和總功,使學(xué)生真正認(rèn)識(shí)機(jī)械效率的含義。測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率是本節(jié)的難點(diǎn)。教學(xué)中要組織學(xué)生經(jīng)歷測(cè)量的全過(guò)程,如讓學(xué)生經(jīng)歷組裝實(shí)驗(yàn)裝置、測(cè)量數(shù)據(jù)、得出結(jié)論的過(guò)程,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)增加他們的實(shí)踐體驗(yàn)。
重點(diǎn):機(jī)械效率的概念和有關(guān)計(jì)算。
難點(diǎn):測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率。
三、教學(xué)策略
以“利用動(dòng)滑輪提升重物”為背景,提出問(wèn)題:動(dòng)力對(duì)繩子做功等于動(dòng)滑輪提升重物所做的功嗎?讓學(xué)生猜測(cè)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證自己的猜想。學(xué)生經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn),動(dòng)力對(duì)繩子做的功總是大于動(dòng)滑輪提升物體做的功。進(jìn)一步分析討論,引出有用功、額外功和總功,以及它們之間的關(guān)系和效率
3、的概念。通過(guò)理解、運(yùn)用機(jī)械效率解決實(shí)際問(wèn)題,認(rèn)識(shí)到提高機(jī)械效率的兩種方法:減小額外功和增加有用功。在討論了怎樣提高機(jī)械效率的問(wèn)題之后,把效率問(wèn)題延伸到學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活中。使學(xué)生明白只有提高學(xué)習(xí)效率才能順利完成任務(wù)。
四、教學(xué)資源準(zhǔn)備
多媒體設(shè)備、實(shí)物投影儀、動(dòng)滑輪、鉤碼、鐵架臺(tái)、彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺、細(xì)線等。
五、教學(xué)過(guò)程
教學(xué)環(huán)節(jié)
教師活動(dòng)
學(xué)生活動(dòng)
設(shè)計(jì)意圖
導(dǎo)入新課
(5分鐘)
小明家最近買了一處新樓房,家在三樓。想把洗手間、廚房裝修一下,需把沙子運(yùn)到三樓。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)需要,選擇器械幫助小明家解決這個(gè)問(wèn)題,看看哪個(gè)小組選的辦法最好?
圖1
如圖1所示的三種方法供
4、參考:第1種是人直接提著沙子上樓;第2種是把沙子放進(jìn)桶里,人通過(guò)動(dòng)滑輪把沙子拉上樓;第3種是把沙子放進(jìn)質(zhì)量較小的袋子里,人通過(guò)動(dòng)滑輪把沙子拉上樓。
請(qǐng)學(xué)生發(fā)表自己的見(jiàn)解,提出各種方案。并對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行討論,比較優(yōu)缺點(diǎn)。
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經(jīng)過(guò)討論明確第一種方法太不方便。第三種方法最好,因?yàn)樗鹊诙N方法用的力小。提升相同高度做的功少。
創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情景,容易激發(fā)學(xué)生興趣,順利進(jìn)入教學(xué)。
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通過(guò)討論,為下面學(xué)習(xí)有用功與額外功做好鋪墊。
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新課教學(xué)
(30分鐘)
一、有用功和額外功
結(jié)合用動(dòng)滑輪提升沙子,請(qǐng)同學(xué)們觀看提沙子過(guò)程的視頻。思考:
1.在把沙子從一樓運(yùn)上三樓的過(guò)程中,每
5、種方法中各對(duì)哪些物體做了功?
2.無(wú)論他采取哪種方法都必須做的功是他對(duì)什么做的功?
3.在幾種不同的方法中他不愿做但又不得不做的功分別是什么?
板書(shū):一般來(lái)說(shuō),機(jī)械對(duì)外所做的功為有用功,機(jī)械克服自身部件的重力和摩擦力所做的功為額外功,動(dòng)力對(duì)機(jī)械所做的功為總功。
總功等于有用功與額外功之和。
指出:前面實(shí)驗(yàn)中,第三種方法最好,因?yàn)榈谌N方法做的額外功最少,總功最少。
討論:不使用機(jī)械直接提升物體做的功,與使用機(jī)械提升物體做的功一樣嗎?(手拉繩做的功與動(dòng)滑輪對(duì)沙子做的功相等嗎?)怎樣探究這個(gè)問(wèn)題?
1.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案:用手通過(guò)一只彈簧測(cè)力計(jì)拉一個(gè)動(dòng)滑輪,沿豎直方向勻速緩慢提起重為G的鉤
6、碼。
2.為了探究上述問(wèn)題需要測(cè)量的物理量是:手對(duì)繩的拉力F、手移動(dòng)的距離s、鉤碼的重力、鉤碼上升的高度h。
3.改變鉤碼的數(shù)量,重復(fù)上述測(cè)量。
4.設(shè)計(jì)表格,將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表中。
次數(shù)
手的拉力F/N
手移動(dòng)距離s/m
鉤碼重G/N
鉤碼上升高度h/m
1
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2
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3
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5.分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):
(1)手拉繩所做的功與動(dòng)滑輪拉鉤碼所做的功是否相等?
(2)哪一個(gè)做的功多一些?
(3)你認(rèn)為產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是什么?
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進(jìn)一步思考并回答。
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7、
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邊實(shí)驗(yàn)邊填表。
分析實(shí)驗(yàn)誤差,指出要使重物重一些,誤差就會(huì)小一些。
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(1)不相等
(2)手拉繩做的功多
(3)有摩擦,在提起重物時(shí)還要提起動(dòng)滑輪。
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進(jìn)一步理解有用功和額外功。并會(huì)測(cè)量有用功和總功。
二、機(jī)械效率
工作中,我們總是希望額外功越少越好;也就是有用功在總功中所占的比例越大越好。在物理學(xué)中,用機(jī)械效率表示有用功在總功中所占的比例。
計(jì)算公式:
三者之間的關(guān)系:
注意:對(duì)于實(shí)際機(jī)械,由于總是有額外功存在,η<1。
組織學(xué)生討論:
1.機(jī)械效率有單位嗎
8、?
2.為什么機(jī)械效率沒(méi)有大于1的?
3.用小數(shù)和百分?jǐn)?shù)來(lái)表達(dá)機(jī)械效率,你認(rèn)為那種表達(dá)更好?
通過(guò)多媒體展示例題:
利用如圖2所示的滑輪組,在F=80N的拉力作用下,將一個(gè)重為180N的物體勻速舉高1m,繩重、摩擦不計(jì)。
求:總功、有用功、額外功和滑輪組的機(jī)械效率。
圖2
(1)組織學(xué)生分析、討論、計(jì)算
(2)展示學(xué)生解題過(guò)程
(3)總結(jié)、評(píng)價(jià)
如何測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率:
1.實(shí)驗(yàn)原理:
2.器材:刻度尺、鉤碼、彈簧測(cè)力計(jì)、鐵架臺(tái)、甲、乙兩個(gè)滑輪組、長(zhǎng)約2m的細(xì)繩。
3.步驟:
①用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量鉤碼所受的重力G并填入表格。
②分別記下鉤碼和彈簧測(cè)力計(jì)的位置。
9、
③緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì),使鉤碼升高,讀出拉力F值,用刻度尺測(cè)出鉤碼上升的高度h和彈簧測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離s,將這三個(gè)量填入表格。
④算出有用功W有用、總功?W總功、機(jī)械效率η并填入表格。
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
G? (N)
h(m)
W有用(J)
F(N)
s(m)
W總(J)
η
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3
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4
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結(jié)論:
1.動(dòng)滑輪重一定,物重越大,機(jī)械效率高。
2.物重一定,動(dòng)滑輪越重,機(jī)械效率低。
討論:如何提高滑輪組的
10、機(jī)械效率?
討論后得出:
提高滑輪組的機(jī)械效率的主要方法有:盡可能地增加物重,減小動(dòng)滑輪重,減輕繩重和滑輪轉(zhuǎn)軸處的摩擦。
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經(jīng)過(guò)討論回答:機(jī)械效率沒(méi)有單位, 總小于1,用百分?jǐn)?shù)表示。
意在練習(xí)機(jī)械效率公式的應(yīng)用、使學(xué)生加深認(rèn)識(shí)有用功、額外功和總功的概念。
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學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)
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理論聯(lián)系實(shí)際,培養(yǎng)學(xué)生將科學(xué)知識(shí)應(yīng)用于日常生活和社會(huì)實(shí)踐的意識(shí)。
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鍛煉分析實(shí)際問(wèn)題的能力。
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11、
通過(guò)交流與合作,培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作精神。
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課堂小結(jié)
(5分鐘)
讓學(xué)生分組討論,總結(jié)本節(jié)學(xué)到了什么知識(shí),有哪些收獲?
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學(xué)生自己歸納總結(jié),分小組發(fā)言,教師對(duì)學(xué)生歸納發(fā)言較好的給予表?yè)P(yáng),并指出其中的不足。
讓學(xué)生有表現(xiàn)自我的機(jī)會(huì),并且發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。
二、機(jī)械效率
工作中,我們總是希望額外功越少越好;也就是有用功在總功中所占的比例越大越好。在物理學(xué)中,用機(jī)械效率表示有用功在總功中所占的比例。
計(jì)算公式:
三者之間的關(guān)系:
注意:對(duì)于實(shí)際機(jī)械,由于總是有額外功存在,η<1。
組織學(xué)生討論:
1.機(jī)械效率
12、有單位嗎?
2.為什么機(jī)械效率沒(méi)有大于1的?
3.用小數(shù)和百分?jǐn)?shù)來(lái)表達(dá)機(jī)械效率,你認(rèn)為那種表達(dá)更好?
通過(guò)多媒體展示例題:
利用如圖2所示的滑輪組,在F=80N的拉力作用下,將一個(gè)重為180N的物體勻速舉高1m,繩重、摩擦不計(jì)。
求:總功、有用功、額外功和滑輪組的機(jī)械效率。
圖2
(1)組織學(xué)生分析、討論、計(jì)算
(2)展示學(xué)生解題過(guò)程
(3)總結(jié)、評(píng)價(jià)
如何測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率:
1.實(shí)驗(yàn)原理:
2.器材:刻度尺、鉤碼、彈簧測(cè)力計(jì)、鐵架臺(tái)、甲、乙兩個(gè)滑輪組、長(zhǎng)約2m的細(xì)繩。
3.步驟:
①用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量鉤碼所受的重力G并填入表格。
②分別記下鉤碼和彈簧測(cè)力計(jì)
13、的位置。
③緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì),使鉤碼升高,讀出拉力F值,用刻度尺測(cè)出鉤碼上升的高度h和彈簧測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離s,將這三個(gè)量填入表格。
④算出有用功W有用、總功?W總功、機(jī)械效率η并填入表格。
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
G? (N)
h(m)
W有用(J)
F(N)
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W總(J)
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結(jié)論:
1.動(dòng)滑輪重一定,物重越大,機(jī)械效率高。
2.物重一定,動(dòng)滑輪越重,機(jī)械效率低。
討論:如何提高
14、滑輪組的機(jī)械效率?
討論后得出:
提高滑輪組的機(jī)械效率的主要方法有:盡可能地增加物重,減小動(dòng)滑輪重,減輕繩重和滑輪轉(zhuǎn)軸處的摩擦。
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經(jīng)過(guò)討論回答:機(jī)械效率沒(méi)有單位, 總小于1,用百分?jǐn)?shù)表示。
意在練習(xí)機(jī)械效率公式的應(yīng)用、使學(xué)生加深認(rèn)識(shí)有用功、額外功和總功的概念。
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學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)
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理論聯(lián)系實(shí)際,培養(yǎng)學(xué)生將科學(xué)知識(shí)應(yīng)用于日常生活和社會(huì)實(shí)踐的意識(shí)。
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鍛煉分析實(shí)際問(wèn)題的能力。
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通過(guò)交流與合作,培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作精神。
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課堂小結(jié)
(5分鐘)
讓學(xué)生分組討論,總結(jié)本節(jié)學(xué)到了什么知識(shí),有哪些收獲?
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學(xué)生自己歸納總結(jié),分小組發(fā)言,教師對(duì)學(xué)生歸納發(fā)言較好的給予表?yè)P(yáng),并指出其中的不足。
讓學(xué)生有表現(xiàn)自我的機(jī)會(huì),并且發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。