一、教学目标
(一)知识与技能
1.能结合实例分析什么是有用功、额外功和总功。
2.明确机械效率是描述做功效率的物理量。能利用机械效率的公式进行简单的计算。
3.能设计实验,测定某种简单机械的机械效率。
(二)过程与方法
1.通过探究使用动滑轮的特点,知道使用机械就要做额外功。
2.通过实验与讨论,认识提高机械效率的主要方法。
(三)情感态度与价值观
知道提高机械效率的实际意义和方法,有合理改进机械、提高效率的意识,增强将科学服务于人类的责任感。
二、教学重难点
本节内容由“有用功和额外功”“机械效率”两部分构成,机械效率是本节教学的重点。教学中要通过实例分析有用功、额外功和总功,使学生真正认识机械效率的含义。测量滑轮组的机械效率是本节的难点。教学中要组织学生经历测量的全过程,如让学生经历组装实验装置、测量数据、得出结论的过程,激发学生的学习兴趣,同时增加他们的实践体验。
重点:机械效率的概念和有关计算。
难点:测量滑轮组的机械效率。
三、教学策略
以“利用动滑轮提升重物”为背景,提出问题:动力对绳子做功等于动滑轮提升重物所做的功吗?让学生猜测并设计实验来验证自己的猜想。学生经过数据分析后发现,动力对绳子做的功总是大于动滑轮提升物体做的功。进一步分析讨论,引出有用功、额外功和总功,以及它们之间的关系和效率的概念。通过理解、运用机械效率解决实际问题,认识到提高机械效率的两种方法:减小额外功和增加有用功。在讨论了怎样提高机械效率的问题之后,把效率问题延伸到学生的学习和生活中。使学生明白只有提高学习效率才能顺利完成任务。
四、教学资源准备
多媒体设备、实物投影仪、动滑轮、钩码、铁架台、弹簧测力计、刻度尺、细线等。
五、教学过程
教学环节 |
教师活动 |
学生活动 |
设计意图 |
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导入新课 (5分钟) |
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? 图1 如图1所示的三种方法供参考: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。 |
请学生发表自己的见解,提出各种方案。并对各个方案进行讨论,比较优缺点。
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。 |
创设真实的情景,容易激发学生兴趣,顺利进入教学。
通过讨论,为下面学习有用功与额外功做好铺垫。
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新课教学 (30分钟) |
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.无论他采取哪种方法都必须做的功是他对什么做的功? 3.在几种不同的方法中他不愿做但又不得不做的功分别是什么? 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:用手通过一只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、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。
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? |
进一步思考并回答。
边实验边填表。 分析实验误差,指出要使重物重一些,误差就会小一些。
(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。 |
进一步理解有用功和额外功。并会测量有用功和总功。 |
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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。
计算公式:
三者之间的关系: 注意:对于实际机械,由于总是有额外功存在,η<1。 组织学生讨论: 1.机械效率有单位吗? 2.为什么机械效率没有大于1的? 3.用小数和百分数来表达机械效率,你认为那种表达更好? 通过多媒体展示例题: 利用如图2所示的滑轮组,在F=80N的拉力作用下,将一个重为180N的物体匀速举高1m,绳重、摩擦不计。 求:总功、有用功、额外功和滑轮组的机械效率。
图2 (1)组织学生分析、讨论、计算 (2)展示学生解题过程 (3)总结、评价 如何测量滑轮组的机械效率:
1.实验原理: 2.器材:刻度尺、钩码、弹簧测力计、铁架台、甲、乙两个滑轮组、长约2m的细绳。 3.步骤: ①用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格。 ②分别记下钩码和弹簧测力计的位置。 ③缓慢拉动弹簧测力计,使钩码升高,读出拉力F值,用刻度尺测出钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s,将这三个量填入表格。 ④算出有用功W有用、总功 W总功、机械效率η并填入表格。
结论: 1.动滑轮重一定,物重越大,机械效率高。 2.物重一定,动滑轮越重,机械效率低。 讨论:如何提高滑轮组的机械效率? 讨论后得出: 提高滑轮组的机械效率的主要方法有:尽可能地增加物重,减小动滑轮重,减轻绳重和滑轮转轴处的摩擦。 |
经过讨论回答:机械效率没有单位, 总小于1,用百分数表示。 意在练习机械效率公式的应用、使学生加深认识有用功、额外功和总功的概念。
学生动手实验
理论联系实际,培养学生将科学知识应用于日常生活和社会实践的意识。 |
锻炼分析实际问题的能力。
通过交流与合作,培养学生团结合作精神。
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课堂小结 (5分钟) |
让学生分组讨论,总结本节学到了什么知识,有哪些收获?
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学生自己归纳总结,分小组发言,教师对学生归纳发言较好的给予表扬,并指出其中的不足。
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让学生有表现自我的机会,并且发现学习过程中出现的问题。 |
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