最新人教版八年级物理下册第十二章《机械效率》教学设计文档格式.docx
- 文档编号:17173794
- 上传时间:2022-11-28
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:263.21KB
最新人教版八年级物理下册第十二章《机械效率》教学设计文档格式.docx
《最新人教版八年级物理下册第十二章《机械效率》教学设计文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《最新人教版八年级物理下册第十二章《机械效率》教学设计文档格式.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
徒手用桶提沙上楼
用定滑轮和桶提沙
用动滑轮和桶提沙
用动滑轮和口袋提沙
克服人重力做功/J
人对沙子做的功/J
人对桶(袋)做的功/J
人对动滑轮做的功/J
人一共做的功/J
从数据分析获得哪种方法比较好,请说出选择的理由。
思考问题:
在运送过程中不可避免地要对物体做功,试讨论:
(1)哪些功起到了积极作用,即达到了我们的目的?
(2)哪些功对我们没有价值,但又是不得不做的功?
(3)哪种方式的效率最高?
学生活动:
学生思考讨论,得到结论,各种方式下对物体做功情况如下:
对我们没有价值,但又不得不做的功有:
a.桶、动滑轮、口袋等也随重物一起上升,也提升了它们,克服这些重力做的功是没有价值的;
b.此外,机械运转时都有摩擦,克服机械的摩擦做的功。
结论:
满足我们做功的目的,对我们有价值的功,即对重物(沙子)做的功是有用功。
从而引出本节课的课题:
机械效率。
(教学说明:
学生观察、思考、计算并进行比较,培养学生的合作意识,运用所学知识分析解决新问题的能力和分析归纳能力。
)
展示从井中提水的图片,我国的许多农村都没有自来水,人们为了食用水,要从井中打水,在这个从井中提水上来的过程中,人们对哪些物体做了功?
这些功都是人们希望做的吗?
对谁做的功才是有用的呢?
为了反映有用功在总功中所占的比例,物理学中引入了机械效率这个物理量。
推进新课
一、有用功和额外功
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相同吗?
实验探究:
使用动滑轮所做的功
制定计划与设计实验:
测出物体的重力和拉力以及物体和绳子上升的距离,利用功的计算公式算出上升过程中的有用功和总功并加以比较。
进行实验与收集数据:
用弹簧测力计匀速拉动绳端,使重物G匀速升高。
从弹簧测力计上读出拉力F的值,用刻度尺测出重物提升的高度h和弹簧测力计移动的距离s。
“实验数值G=5牛,h=0.5米,F=3牛,s=1米。
弹簧测力计的拉力(动力)对动滑轮做的功:
W动=F·
s=3牛×
1米=3焦,
提高重物,动滑轮克服阻力做的功:
W阻=G·
h=5牛×
0.5米=2.5焦”
分析与论证:
由实验可以看到W动>W阻,这是为什么?
学生回答,教师总结:
前面我们没有考虑摩擦,没有考虑使用动滑轮提升重物时动滑轮本身重等因素,是理想情况。
实际上,我们用动滑轮等简单机械提升重物时,由于要克服摩擦以及不得不把动滑轮一起提升,这时我们用的力(动力)就比没有摩擦时要大(该实验中,理想情况下拉力是2.5牛,而实际的拉力是3牛)。
做的功要比没有摩擦时大一些(该实验中,不考虑摩擦时动力做的功是2.5焦,而实际动力对滑轮做的功是3焦)。
归纳总结:
①在用动滑轮提高重物的实验中,用来提高物体的功对我们是有用的,是必须做的。
【板书】1.有用功(W有用):
利用机械工作时为完成目标必须要做的功叫有用功。
本实验中的有用功是多少?
W有=G·
0.5米=2.5焦。
②本实验中,用来克服摩擦做的功、把动滑轮提升0.5米做的功对我们没有用,但又不得不做,这种功叫额外功。
使用任何机械做额外功是不可避免的。
【板书】2.额外功(W额外):
为了完成有用功,对人们没有用,但又不得不做的功叫额外功。
③本实验中,有用功加额外功是总共做的功,叫总功。
【板书】3.总功(W总):
有用功与额外功的总和叫总功。
W总=W有用+W额外
问:
本实验中总功W总是多少?
答:
W总=F·
s=F·
2h=3牛×
1米=3焦。
本实验中做的额外功是多少?
W额外=W总-W有用=3焦-2.5焦=0.5焦。
我们把重物提高到一定高度,就是我们使用简单机械的目的,对使用机械是有利用价值的,所做的功是有用功;
而滑轮组克服滑轮与其转轴之间的摩擦力做功、提升重物过程中克服动滑轮及绳子重力所做的功等是额外功;
作用在机械上的动力对机械做的功就是总功,即W总=F动s,或W总=W有用+W额
过渡:
生活中我们总希望有用功在总功中占的比例多些,额外功在总功中占的比例少些,物理中用机械效率来表示有用功在总功中占的比例,从而引入机械效率的概念。
二、机械效率
1.机械效率的概念
请同学们自学阅读教材“机械效率”部分相关内容,回答下列问题:
(1)什么是机械效率?
用什么表示?
(2)机械效率的公式如何?
其单位是什么?
通常用什么表示?
看书思考,交流总结。
(1)机械效率的定义:
有用功跟总功的比值,叫做机械效率。
(2)计算公式:
η=
提出问题:
机械效率是不是总小于1?
学生经分析不难得出正确的答案:
机器运转时都有摩擦,克服摩擦要做额外功,因此有用功总是小于总功的,即η<1。
教师指出:
表示机械效率的字母的读音。
机械效率用百分数表示,没有单位。
思考:
某起重机的机械效率是70%,它表示什么意思?
交流讨论:
使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值是70%,也可以说有用功在总功中占有70%,另外30%做的是额外功。
提出问题,引发思考和比较,让学生通过阅读教材内容,经过思考、归纳、自主得出结论,体现新课程中提倡的自主性学习。
例题巩固:
如图所示,用滑轮组提起重900N的物体,绳子自由端拉力F为400N,重物在20s内匀速上升了10m。
求:
(1)物体上升的速度;
(2)提起物体所做的有用功;
(3)滑轮组的机械效率。
解析:
(1)物体上升的速度v=
=
0.5m/s。
(2)提起物体所做的有用功W有用=Gh=900N×
10m=9000J。
(3)s=3h=3×
10m=30m
W总=Fs=400N×
30m=12000J
滑轮组的机械效率η=
×
100%=_×
100%=75%。
答案:
(1)0.5m/s
(2)9000J (3)75%
2.实验探究:
测量滑轮组的机械效率
(1)提出问题:
滑轮组的机械效率总是一定的吗?
利用实验测量时,需要测量哪几个物理量?
怎样计算有用功?
怎样计算总功?
(2)猜想:
滑轮组的机械效率与哪些因素有关。
物体的重、滑轮重、绳重、绳与轮间的摩擦、承担物重的绳子段数……
(3)设计实验:
实验目的:
利用测力计将安装在滑轮组中的钩码(或重物)提起,比较同一滑轮组在不同使用情况下的机械效率。
实验原理:
100%=
100%
实验器材:
滑轮组一套、两物块(甲轻乙重)、弹簧测力计、刻度尺、铁架台、细线。
(4)进行实验与收集数据
如图所示,安装实验装置图组装好实验
a.用细线将一个定滑轮和一个动滑轮连成滑轮组,挂在铁架台上,将细线一端拴在弹簧测力计上,在滑轮组下悬挂物块(第一次挂甲物块,第二次挂乙物块)。
b.记下物块和拴住弹簧测力计的线端原先的位置,然后匀速向上提起弹簧测力计,读出拉力的大小;
测出物块和拴住弹簧测力计的线端上移的距离;
用弹簧测力计再测出物块重。
c.将测得的数据填入下表并完成计算。
拉力F/N
弹簧测力计上升的距离s/m
总功W总/J
物块重G/N
物块上升的高度h/m
有用功W有/J
机械效率η
d.实验完毕整理好器材。
(5)分析与论证
分析上表中的数据可以看出:
①在不同使用情况下,同一滑轮组的机械效率____一定的(填“是”或“不是”)。
②滑轮组的机械效率______1(填“大于”“等于”或“小于”)。
影响滑轮组的机械效率的因素:
同一滑轮组,所提物体越重,机械效率越高,与滑轮组的绕法无关。
提高滑轮组机械效率的方法
阅读教材提高机械效率的有关内容,小结要点,指出减小额外功是提高机械效率的有效方法。
参考:
增大物体的重、减小动滑轮的重和绳重、减小滑轮与绳间的摩擦——加润滑油……
1.下列说法中正确的是( )。
A.机械效率越高,越省时间 B.机械效率可能等于1
C.机械效率越高,越省力D.机械效率越高,有用功占总功的比例越大
本题考查对机械效率概念的理解。
根据η=W有用/W总可知机械效率与时间和力无关;
因为在使用机械时,总功总大于有用功,所以机械效率总小于1。
根据机械效率的定义可判断选项D是正确的。
D
2.下列哪种措施可以提高滑轮组的机械效率( )。
A.增加物体移动的距离B.改变绳子的绕法
C.增加被提升物体的质量D.增加动滑轮的个数
对于一个固定的滑轮组来说,承担重物的绳子的段数为n,那么绳子末端移动的距离就是重物移动距离的n倍,所以η=
=
,由此可知滑轮组的机械效率跟距离无关,跟物体受到的重力有关。
因为在使用滑轮组时,做的额外功主要是克服动滑轮的重力做的功,所以改变绳子的绕法不会改变机械效率。
动滑轮越重,做的额外功就越多,机械效率就越低。
C
3.小红在探究“影响滑轮组机械效率高低的因素”时,提出下列假设:
①机械效率可能跟动滑轮重有关
②机械效率可能跟被拉物体重有关
③机械效率可能跟被拉物体上升的高度有关
④机械效率可能跟承重绳子的段数有关
然后小婷设计了如图所示的实验验证,进行对比来验证小红提出的假设,则该实验验证的假设是( )。
A.①B.②C.③D.④
从题中的假设可以看出,机械效率可能受多个因素的影响,在验证其中某个因素是否影响机械效率时要用控制变量法。
比较本实验,可以看出实验中动滑轮相同,物体重相同,而承重绳子的段数不同。
通过比较可以得出答案。
4.如图所示,小刚用如图所示的动滑轮,拉着物体M以0.5m/s的速度在水平面上做匀速直线运动,物体重20N,它受到的摩擦力是物重的0.2倍,水平拉力为2.5N。
2s内拉力做的功是________J,该动滑轮的机械效率是________。
题中使用动滑轮拉物体,那么,W有用不等于Gh,因为直接用手拉物体用的力不等于物重,而等于物体受到的摩擦力,所以有用功等于物体受到的摩擦力乘以物体移动的距离。
根据动滑轮的特点和速度公式,求出物体和拉力移动的距离,根据总功的计算方法,求出总功和有用功,再根据η=
求出机械效率。
5 80%
5.如图在“测定滑轮组的机械效率”的实验中,如果没有刻度尺,对于如图所示的滑轮组,只要用弹簧测力计测出钩码受到的重力G,然后________拉动弹簧测力计使重物升高,读出拉力F的值就可以算出η=________。
(不计一切摩擦)
对于滑轮组来说,承担重物的绳子的段数为n,那么绳子末端移动的距离就是重物移动距离的n倍,所以η=
。
匀速
6.如图所示,小周学过有关“机械效率”的知识后提出了一个问题:
“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系?
”针对这个问题他做了在斜面上匀速拉动物块的探究实验,并记录实验数据如下:
实验次数
斜面的倾斜程度
物体重G/N
物体上升高度h/m
沿斜面拉力F/N
物体移动距离s/m
1
较缓
5.0
0.10
1.6
0.50
0.80
63%
2
较陡
0.15
2.2
0.75
1.1
68%
3
最陡
0.25
3.1
(1)根据表中数据,可求出第三次实验的有用功为________J,总功为________J,机械效率是________;
(2)通过对上述实验数据的分析,你认为斜面省力情况与斜面倾斜程度的关系是:
斜面越陡,越________;
(3)通过对上述实验数据的分析,你对斜面机械效率的问题可获得的初步结论是:
________________________________________________________________。
(1)有用功W有用=Gh=5N×
0.25m=1.25J,
总功W总=Fs=3.1N×
0.50m=1.55J,
斜面的机械效率为η=
100%=
100%=80.6%。
(2)通过实验数据的分析,斜面省力情况与斜面倾斜程度的关系是:
斜面越陡,越费力。
(3)分析1、2、3三次实验,可得出:
斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关,在其他条件不变的情况下,斜面越陡机械效率越高。
(1)1.25 1.55 81%或80.6%
(2)费力
(3)斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关,在其他条件不变的情况下,斜面越陡,机械效率越高
课堂小结
以上我们讨论了机械的效率,知道了机械效率总小于1,原因是使用机械时仍不省功,做功的过程中不可避免地要有额外功。
其实在日常的生产、生活中,“效率”的含义很广泛。
我们做任何事情都有一个效率问题。
我们生活的社会是一个现代化的社会,是讲效率的社会,时时、事事、处处都要求高效率,以尽可能少的消耗去取得尽可能多的效益。
我们在学习中,也应注意学习的效率。
一、有用功、额外功、总功
1.有用功:
为达到目的必须要做的功。
2.额外功:
我们不需要但又不得不做的功。
3.总功:
有用功和额外功的总和。
W总=W有用+W额外
1.有用功与总功的比值叫做机械效率。
2.η=
(常用百分数表示,η<
1)。
探究斜面的机械效率
探究内容:
将一块长木板的一端垫高,构成长度一定、高度可调的斜面,用弹簧测力计拉着同一木块沿不同的斜面匀速向上运动,探究斜面的机械效率与斜面的哪些因素有关?
(1)影响斜面的机械效率的因素有哪些?
(2)这些因素与斜面的机械效率有怎样的关系?
(3)斜面的省力情况又与哪些因素有关?
η=
设计实验并进行分组验证:
(1)在探究斜面机械效率与斜面倾斜程度的关系时,应控制斜面的 和 一定,改变斜面的倾斜程度。
(2)在探究斜面机械效率与斜面粗糙程度的关系时,应控制斜面的 和 一定,改变斜面的粗糙程度。
分别在毛巾、木板、玻璃斜面上做三次。
(3)在探究斜面机械效率与物体重力的关系时,应控制斜面的 和 一定,改变物体的重力,分别用较轻、较重、最重的物体做三次。
(4)各小组的同学只能就其中一个你们比较感兴趣的问题来进行探究,把你们的设计方案写下来,设计出实验表格。
温馨提示:
a.实验不要用小车;
b.选用的木块要重一些;
c.木板的摩擦要大一些;
d.拉动中要尽量匀速;
e.弹簧测力计的读数要仔细准确。
这样实验的成功率就较高。
本课有两个方面的重点:
一是有用功、额外功和总功;
二是机械效率。
对于有用功、额外功和总功的突破方法是,先有学生从实验中感知,然后交流归纳总结得出,接着通过实例分析达到理解应用。
而对机械效率是利用实例分析引入,教师强调说明和通过学生的计算、讨论的方法来突破难点。
对于探究滑轮组的机械效率问题,可以让学生拟定简单的实验探究计划和方案,独立完成探究实验。
让学生通过实验探究,培养学生的合作精神,通过实验探究验证自己的猜想,培养学生相信科学、尊重科学的良好品质。
正确理解有用功、额外功和总功
有用功跟总功的比值叫做机械效率。
计算机械效率时,关键是要分清有用功和总功。
利用机械做功的时候,对人们有用的功叫有用功;
对人们没有用但又不得不额外做的功叫额外功;
有用功和额外功的总和叫总功,它是我们总共做的功。
下面结合两个例子来具体加以分析。
例一,用轮轴(辘轳)从井中提水,加在轮上的动力做的功是总功,它等于F·
2πR·
n,式中F为动力,R为轮半径,n为轮转过的圈数。
水被提上来,对水做的功是有用功,它等于G·
h,式中G为水重,h是提水的高度。
为了把水提上来,要用水桶,就要对水桶做功,使用轮轴还要克服摩擦力做功,这两部分功为了达到提水目的而不得不额外做的无用功,所以叫额外功。
例二,如图所示,用滑轮组拉动物体由A到B,物体前进了一段距离s。
要拉动物体,必须克服物体与支持面间的摩擦力,所以克服支持面与物体间的摩擦力做的功,就是有用功。
动力F(即拉力)做的功是总功。
而克服绳与滑轮间的摩擦力做的功是额外功。
通过以上两个实例请你考虑:
有人说,有用功就是G·
h(G是物重,h是物体升高的距离)。
这种说法对吗?
有人认为,只要是克服摩擦力做功,一定是无用功(额外功),这种认识错在哪里?
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机械效率 新人 教版八 年级 物理 下册 第十二 教学 设计