如何提高機(jī)械效率1
如何提高機(jī)械效率 1．教學(xué)目標(biāo)
⑴知道有用功、額外功和總功的含義，以及它們之間的關(guān)系。
⑵理解機(jī)械效率，會(huì)用機(jī)械效率的公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，會(huì)測(cè)算滑輪組的機(jī)械效率。 ⑶知道機(jī)械效率總小于1，知道提高機(jī)械效率的方法和意義。 ⑷經(jīng)歷測(cè)算滑輪組機(jī)械效率的過(guò)程，學(xué)習(xí)測(cè)算簡(jiǎn)單機(jī)械效率的方法。 ⑸通過(guò)學(xué)習(xí)
2．教材說(shuō)明
本節(jié)主要內(nèi)容有：有用功、額外功、總功的概念，機(jī)械效率的概念和測(cè)算，提高機(jī)械效率的方法和意義。
機(jī)械效率是在簡(jiǎn)單機(jī)械、功和功率等基礎(chǔ)知識(shí)上構(gòu)建起來(lái)的新概念，既是前面這些知識(shí)的延伸，又是后面學(xué)習(xí)熱機(jī)效率等概念的基礎(chǔ)。它和功率一樣，也是反映機(jī)械做功性能的重要物理量，在生活和生產(chǎn)中有著非常實(shí)際的價(jià)值和意義。建設(shè)高效率、低消耗的節(jié)約型社會(huì)，是科學(xué)發(fā)展觀(guān)的重要理念，是學(xué)生必備的科學(xué)素質(zhì)。
本節(jié)教材的編寫(xiě)思路：首先通過(guò)
組織學(xué)生參與
3．教學(xué)建議
本節(jié)課可以開(kāi)門(mén)見(jiàn)山直接引入：現(xiàn)代社會(huì)是講求效率的節(jié)約型社會(huì)，時(shí)時(shí)處處都要講究提高效率。我們使用機(jī)械也要講效率。那么，什么是機(jī)械效率呢？下面我們就來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題。
什么是有用功與額外功
在具體教學(xué)過(guò)程中，為了增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，便于學(xué)生分析，可用多媒體展示滑輪組提升重物和挖掘機(jī)挖掘泥土的場(chǎng)景，讓學(xué)生如同身臨其境。并引導(dǎo)學(xué)生回答下列問(wèn)題： ⑴在這兩個(gè)情景中，力對(duì)哪些物體做了功？
⑵哪些功是我們?yōu)榱诉_(dá)到特定目的必須要做的功？
⑶哪些功是我們不需要但又不得不做的功？
學(xué)生經(jīng)過(guò)思考、討論，可以答出：
⑴對(duì)于教材圖13-16a，拉力對(duì)滑輪組做功時(shí)，拉力對(duì)重物、動(dòng)滑輪、繩子以及克服各部分之間的摩擦力都做了功；其中，提升重物做的功是我們需要的功，對(duì)動(dòng)滑輪、繩子以及克服摩擦所做的功是我們不需要但又不得不做的功。
⑵對(duì)于教材圖13-16b：挖掘機(jī)對(duì)泥土、挖斗以及克服各部件之間的摩擦力都做了功；其中，提升泥土所做的功是我們需要的功，對(duì)挖斗以及克服摩擦所做的功是我們不需要但又不得不做的功。
在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，教師給出提升物體時(shí)，
額外功（W額外）：克服機(jī)械自身的重力和摩擦力所做的功。
總功（W總）：有用功和額外功的總和，即W總=W有用+W額外。
然后向?qū)W生指出：在實(shí)際用機(jī)械做功時(shí)，總功也等于動(dòng)力對(duì)機(jī)械做的功。
為了檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，可讓學(xué)生分析下列情況中的有用功、額外功、總功，并說(shuō)明這樣分析的理由：
⑴用桶從井中提水。（答：目的是把水提上來(lái)，所以提升水做的功是有用功，對(duì)水桶做的功是額外功，對(duì)水和水桶做的功是總功。）
⑵桶掉到井里，把桶從井中撈起。（答：目的是把水桶撈上來(lái)，所以對(duì)水桶做的功是有用功，對(duì)水做的功是額外功，對(duì)水桶和水做的功是總功。）
⑶用水桶把水提到樓上去。（答：目的是把水提到樓上，所以對(duì)水做的功是有用功，對(duì)水桶和人所做的功是額外功，對(duì)水、水桶和人做的功是總功。）
什么是機(jī)械效率
可用下面的問(wèn)題引出機(jī)械效率的定義：
（1）當(dāng)你用水桶提水時(shí)，有兩只大小相同的水桶可供選擇，一只是輕質(zhì)塑料桶，另一只是厚鐵皮桶，你選擇哪一只水桶？為什么？（答：選擇輕質(zhì)塑料水桶，因?yàn)樘嵬瑯佣嗟乃�，用塑料桶需要做的額外功較少。）
（2）當(dāng)你用動(dòng)滑輪提升一只箱子時(shí)，你希望選用什么樣的滑輪？為什么？（答：希望選擇一只又輕巧又堅(jiān)固的'動(dòng)滑輪，因?yàn)檫@樣可以減少額外功。）
通過(guò)這兩題的回答，要使學(xué)生意識(shí)到：我們?cè)谑褂脵C(jī)械做功時(shí)，額外功是不可避免的，但我們總希望做的額外功越少越好，也就是有用功在總功中所占的比例越大越好。至此，可以引導(dǎo)學(xué)生自己總結(jié)出機(jī)械效率的定義和公式。
為了加深對(duì)機(jī)械效率的理解，可以組織學(xué)生討論以下問(wèn)題：
（1）機(jī)械效率的高低表示的物理意義是什么？（答：有用功在總功中所占比例的高低。）
（2）機(jī)械效率的單位是什么？（答：機(jī)械效率是兩個(gè)功（W有用、W總）的比值，沒(méi)有單位。）
（3）為什么機(jī)械效率總小于1？能不能等于1？（使用機(jī)械做功時(shí)，一般情況下，不可避免地要做一部分額外功，有用功總小于總功，所以機(jī)械效率總小于1；但理想情況下，即不考慮機(jī)械自身的重力，不考慮摩擦?xí)r，機(jī)械效率可等于1，這種機(jī)械稱(chēng)為理想機(jī)械。） 此時(shí)可增加一道有關(guān)滑輪組機(jī)械效率的計(jì)算題，通過(guò)計(jì)算，一幫助學(xué)生從具體應(yīng)用中理解有用功、額外功和總功，感受機(jī)械效率的意義；二熟悉機(jī)械效率的計(jì)算公式，找到解答此類(lèi)問(wèn)題關(guān)鍵，為下面測(cè)算滑輪組的機(jī)械效率做好知識(shí)上的準(zhǔn)備；三可規(guī)范學(xué)生解答物理計(jì)算題的格式。
例題：如圖13-6所示，建筑工人用滑輪組提升重為220N的泥桶，動(dòng)滑輪重為20N，不計(jì)滑輪與軸之間的摩擦及繩重。如果工人將繩子勻速向上拉了6m，則泥桶上升了多少？滑輪組的機(jī)械效率是多少？
已知：G桶=220N，G動(dòng)滑輪=20N，s=6m，n=3
求：h，η
解：泥桶上升的高度：。
工人對(duì)泥桶做的有用功：W有用=G桶h=220N×2m=440J。
工人對(duì)動(dòng)滑輪做的額外功：W額外=G動(dòng)滑輪h=20N×2m=40J。
所以總功：W總=W有用+W額外=440J+40J=480J。
滑輪組的機(jī)械效率：。
答：泥桶上升了2m，滑輪組的機(jī)械效率是91.7%。
活動(dòng)2 測(cè)算滑輪組的機(jī)械效率
教材安排
（1）滑輪組工作中的有用功怎樣計(jì)算？需要測(cè)量哪些物理量？（答：W有用=G桶h，要測(cè)量物重G和物體上升的高度h。）
（2）滑輪組的額外功是怎樣產(chǎn)生的，是否便于測(cè)量？（答：克服繩重、滑輪的摩擦、動(dòng)滑輪的重力所做的功都是額外功；顯然，這些額外功很難直接測(cè)量。）
（3）因?yàn)榛喗M的額外功不便直接測(cè)量，所以，用有用功和額外功之和求總功不方便。那么，還有其他簡(jiǎn)便的方法測(cè)算總功嗎？需要測(cè)量哪些物理量？（答：有。測(cè)出繩端的拉力F和拉力移動(dòng)的距離s，根據(jù)W總=Fs計(jì)算出總功。）
（4）為了求出滑輪組的有用功和總功，進(jìn)而測(cè)出滑輪組的機(jī)械效率，除滑輪組外，實(shí)驗(yàn)中還需要哪些器材？（答：彈簧測(cè)力計(jì)和刻度尺。）
學(xué)生討論回答后，教師邊演示邊講解做好實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)：
（1）鉤碼上升的高度h，可用豎直放置在鉤碼旁的刻度尺讀出，以鉤碼的下端為標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)。
（2）拉力F的大小由彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)讀出，要豎直向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，彈簧不要和外殼摩擦。
（3）測(cè)量細(xì)繩自由端通過(guò)的距離s時(shí)，可事先在細(xì)繩自由端上作一如何提高機(jī)械效率1標(biāo)記，再拉彈簧測(cè)力計(jì)，用滑輪組提升重物。用刻度尺量出鉤碼上升的高度后，再量出細(xì)繩標(biāo)記移動(dòng)的距離，就是細(xì)繩自由端通過(guò)的距離s。
該實(shí)驗(yàn)從組裝滑輪組到測(cè)出各個(gè)量，要進(jìn)行的活動(dòng)和記錄的數(shù)據(jù)都比較多，教師要加強(qiáng)巡回指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)引導(dǎo)。
學(xué)生實(shí)驗(yàn)完畢，匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他們會(huì)發(fā)現(xiàn)：同一個(gè)滑輪組，在提升不同的重物時(shí)，其機(jī)械效率是不同的。這是因?yàn)樵谔嵘匚飼r(shí)，物體越重，所做的有用功越多，有用功在總功中所占的比例就越大，機(jī)械效率越高。
在此基礎(chǔ)上，可以讓學(xué)生繼續(xù)思考：還有什么因素會(huì)影響滑輪組的機(jī)械效率？為什么？（答：動(dòng)滑輪的重會(huì)影響滑輪組的機(jī)械效率，動(dòng)滑輪越重，額外功在總功中所占的比例就越大，機(jī)械效率越低；滑輪自身部件的摩擦也會(huì)影響滑輪組的機(jī)械效率。）
對(duì)于程度比較好的學(xué)生，還可以提出以下討論題：
（1）在以上實(shí)驗(yàn)中，還有其他方法測(cè)出繩子自由端移動(dòng)的距離嗎？（答：有。數(shù)出承擔(dān)重物的繩子股數(shù)n，則繩子自由端通過(guò)的距離s=nh，h為重物上升的高度。）
（2）如果不測(cè)出物體上升的高度h和繩子自由端移動(dòng)的距離s，還能不能計(jì)算出滑輪組的機(jī)械效率？（答：能。因?yàn)閟=nh，則機(jī)械效率。）
最后，可以讓學(xué)生閱讀教材了解一些設(shè)備的效率，知道提高機(jī)械效率的一些主要方法，培養(yǎng)學(xué)生合理改進(jìn)機(jī)械、提高效率的意識(shí)。還可以將此問(wèn)題進(jìn)一步升華，談?wù)劰ぷ骱徒?jīng)濟(jì)建
設(shè)中的效率問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)發(fā)展觀(guān)。
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