《名师备课人教版八下物理123《机械效率》教学设计+同步测试.docx
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《名师备课人教版八下物理123《机械效率》教学设计+同步测试
机械效率》教学设计
江苏丰县初级中学 杨 雷
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
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。
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。
次数
手的拉力F/N
手移动距离s/m
钩码重G/N
钩码上升高度h/m
1
2
3
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。
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。
实验次数
G (N)
h(m)
W有用(J)
F(N)
s(m)
W总(J)
η
1
2
3
4
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。
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?
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。
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。
《机械效率》同步测试
江苏省丰县初级中学 刘庆贺
一、选择题
1.关于机械效率,下面说法正确的是( )
A.功率越大的机械,机械效率越高
B.机械效率越高的机械越省力
C.机械效率越低的机械,做的功就越少
D.由于有用功总小于总功,机械效率总小于1
答案:
D
解析:
功率是单位时间内做的功,表示的是做功的快慢,机械效率是指有用功与总功的比值,两者没有必然的联系,故A说法不正确。
机械效率高说明有用功与总功的比值大,与机械省不省力无关,故B说法不正确。
机械效率是指有用功与总功的比值,机械效率越低,有用功与总功的比值小,不能说明做的功越少,故C说法不正确。
使用任何机械,除了做有用功外,都不可避免地要做额外功,所以有用功总小于总功,机械效率是指有用功与总功的比值,所以机械效率总小于1,故D说法正确。
2.下列叙述中能够提高机械效率的是( )
A.增加有用功
B.减小机械间的摩擦
C.减小总功
D.使用最省力的机械
答案:
B
解析:
只有在总功不变的情况下,增加有用功才会提高机械效率,只说增加有用功的说法不够严密,故A错;减小机械间的摩擦可以有效地减小额外功,是可行的办法,故B正确;在有用功不变的情况下,减小总功可以提高机械效率,但只说减小总功的说法不够严密,故C错;使用最省力的机械只能说明其省力,但不能说明其额外功的情况,有时甚至额外功会更大,故D错。
3.(2013年枣庄中考题)甲吊车比乙吊车的机械效率高,当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时,则( )
A.甲吊车的电动机做的有用功较多
B.乙吊车的电动机做的额外功较多
C.甲吊车的电动机做的总功较多
D.甲、乙两吊车的电动机做的总功相同
答案:
B
解析:
甲吊车的机械效率比乙吊车的机械效率高,说明甲吊车所做的有用功在总功中占的比值比乙吊车大;把相同质量的物体提高相同的高度,根据公式W有用=Gh=mgh可知:
两辆吊车所做的有用功相同;机械效率不同,是因为做的额外功不同,导致总功不同。
4.有一人用同一滑轮组分别将重1000N和2000N的物体匀速提升5m,动滑轮重200N,不计绳重和摩擦,则上述两种情况中错误的说法是( )
A.滑轮组的机械效率不相等
B.人做的额外功相等
C.人做的总功相等
D.绳子自由端移动的距离相等
答案:
C
解析:
不计绳重和摩擦也就是说只考虑动滑轮的重,克服动滑轮的重力做的功就是额外功,用同一滑轮组说明两次所用的是一个动滑轮,所以两次做的额外功是相等的,拉2000N的物体时做的有用功当然多,有用功在总功所占的比例就越大,机械效率就高。
同一个滑轮组,绳子股数是相同的,物体上升的高度都是5m,所以绳子自由端移动的距离都等于物体上升高度的n倍。
5.(2013年南通中考题)如图1所示,用手沿竖直方向匀速拉一个动滑轮,使挂在下面重为G的物体缓慢上升,动滑轮的重力不可忽略,现改变物体的重力G,则动滑轮的机械效率η与物体重力G的关系可能符合图2中的( )
图1
A.
B.
C.
D.
图2
答案:
B
解析:
从题可知,动滑轮的重力不可忽略,则克服动滑轮的重力所做的功为额外功(绳重和摩擦产生的额外功较小,此处可不考虑)。
机械效率公式可进一步推导:
。
可以看出,随着物体的重力G增大,机械效率公式中的分母越小,所以机械效率η增大。
因为机械效率η与物体的重力G不是正比例函数关系,所以不可能是图A。
6.(2013年武汉中考题)如图3所示,利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为300N的物体,拉力F的大小为30N。
若物体和地面之间的摩擦力大小为45N,则A处的拉力大小和滑轮组的机械效率分别为( )
A.45N、50% B.45N、75% C.60N、50% D.60N、75%
图3
答案:
B
解析:
①物体在水平地面上做匀速运动,则此时A处绳子的拉力与物体与地面之间的摩擦力是一对平衡力,即A处的拉力大小为FA=f=45N。
②本题中,拉力F所做的功为总功,克服物体摩擦力所做的功为有用功。
从图可知,有2段绳子与动滑轮相连,则绳子自由端移动距离S=2S物,滑轮组的机械效率为
。
7.如图4所示,用相同的滑轮不同的绕法提起相同的重物,摩擦力可以忽略不计,在物体匀速上升的过程中( )
A.甲图省力,机械效率甲图大 B.甲图省力,机械效率一样大
C.乙图省力,机械效率乙图大 D.乙图省力,机械效率一样大
图4
答案:
B
解析:
(1)分析左图滑轮组的结构,得出承担物重的绳子股数n=3。
分析右图可知承担物重的绳子股数n=2。
因摩擦力可以忽略不计,根据
,所以甲图省力。
(2)假设两种情况下把物体提示相同的高度,则两种情况下有用功相同,根据W总=W有用+W额外,要比较二者的机械效率,只要比较额外功即可。
在摩擦力忽略不计时,额外功就等于提升动滑轮做的功。
由于动滑轮和提升高度相同,所以额外功相同,故机械效率相同。
二、填空和计算题
8.如图5所示,在测定杠杆机械效率的实验中,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在杠杆OB下面的物块缓慢上升至虚线位置,测力计的示数F为 N,测力计上升的高度s为0.2m.物块重G为1.5N,物块上升的高度h为0.3m,则杠杆的机械效率为 %,使用该杠杆做额外功的一个原因是 。
答案:
2.5 90% 使用该杠杆做额外功的一个原因是克服杠杆转动时的摩擦做功(或克服杠杆自重做功)。
解析:
(1)对弹簧测力计进行读数时,需看清弹簧测力计的分度值,然后根据指针位置进行读数,弹簧测力计的分度值是0.1N,读数是:
2.5N。
(2)在实验中,弹簧测力计向上拉力做的功是总功,克服钩码重力做的功是有用功。
因为杠杆自身有重力,提升物体的同时也要提升杠杆,即克服杠杆自重做功,就有了额外功。
同时杠杆绕支点转动时也要克服摩擦力做功。
(3)使用该杠杆做额外功的一个原因是克服杠杆转动时的摩擦做功(或克服杠杆自重做功)。
9.建筑工地上,工人用如图6所示的装置将重为230N的建材从地面匀速送到6m高处,所用
拉力为125N,时间为20s。
求:
(1)工人做的有用功;
(2)工人做的总功;(3)此过程中该装置的机械效率;(4)工人做功的功率。
答案:
(1)
(2)
(3)
(4)
解析:
(1)工人做的有用功就是滑轮组克服重物重力做的功;
(2)工人做的总功等于所用拉力与绳端移动距离的乘积,注意绳子自由端移动的距离是物体升高距离的2倍;(3)装置的机械效率可以直接利用公式计算;(4)工人做功的功率应该是工人做的总功的功率。
10.如图7,小王站在高3m、长6m的斜面上,将重200N的木箱沿斜面匀速从底端拉上顶端,拉力大小恒为120N,所花时间是10s。
求:
(1)木箱沿斜面方向的运动速度。
(2)小王对木箱做功的功率。
(3)斜面的机械效率。
答案:
(1)
(2)
(3)
,
解析:
(1)木箱沿斜面方向的运动速度可以直接利用速度公式计算。
(2)小王对木箱做功的功率应该是总功的功率,而不是有用功。
(3)先计算有用功,再计算斜面的机械效率就容易了。
11.某型号挖掘机的质量3000kg,两履带与地面接触的总面积1.5m2。
挖掘机在6s内将装满铲斗质量为0.75t的泥石送到岸边,挖掘深度h=2m。
(如图8乙所示)(取g=10N/kg)求:
(1)挖掘机静止在水平地面上不工作时对地面的压强多大?
(2)挖掘机每挖一次泥土并水平移送到岸边,对泥土做功多少?
(3)若发动机的总功率是20kw,挖泥土过程中挖掘机的机械效率多大?
。
答案:
(1)
(2)
(3)
解析:
(1)挖掘机静止时对地面的压力等于其重力,对地面的压强利用
计算;
(2)挖掘机挖土时,只有将土升高对土做功,水平移送到岸边时,因力与距离垂直不做功;(3)挖泥土过程中挖掘机的总功等于发动机的总功率与时间的乘积,再利用
就可以计算机械效率。
12.某科技小组设计的提升重物的设备如图9甲所示。
图中水平杆CD与竖直杆EH、DI组合成支架固定在水平地面上。
小亮站在地面上通过滑轮组提升重物,滑轮
组由动滑轮Q和安装在水平杆CD上的两个定滑轮组成。
小亮以拉力F1匀速竖直提升物体A的过程中,物体A的速度为υ1,滑轮组的机械效率为ηA。
小亮以拉力F2匀速竖直提升物体B的过程中,物体B的速度为υ2,滑轮组的机械效率为ηB。
拉力F1、F2做的功随时间变化的图像分别如图9乙中①、②所示。
已知:
υ1=3υ2,物体A的体积为VA,物体B的体积为VB,且3VA=2VB,物体A的密度为ρA,物体B的密度为ρB,且8ρA=7ρB。
(不计绳的质量,不计滑轮与轴的摩擦)
求:
机械效率ηB与ηA之差。
答案:
设物体A受的重力为GA,物体B受的重力为GB,动滑轮受的重力为G动。
则
所以
=
(1)
由题中W-t图像可知:
P1=
=90W P2=
=45W
由
=
,υ1=3υ2,解得:
=
(2)
由
(1)、
(2)解得:
=
(3)
由G=ρgV,3VA=2VB,8ρA=7ρB,解得:
=
(4)
由(3)、(4)解得:
G动=
GA G动=
GB
ηA=
=
=
=70%
ηB=
=
=80%
ηB-ηA=80%-70%=10%
解析:
试题以滑轮组的效率为载体,综合考查了运动、力、质量、密度、重力、功、功率、机械效率等知识,试题对学生运用图像解决问题的能力进行了考查,对学生运用数学解决物理问题的能力要求较高。
题目头绪较多,解题可以从这么几个角度入手。
从滑轮组中拉力与物重关系入手,在不计绳的质量,不计滑轮与轴的摩擦时,拉力
.所以
=
从图像入手,由题中W-t图像可知:
P1=
=90W,P2=
=45W,
由
=
及υ1=3υ2,解得:
=
。
从质量、密度、重力关系入手,由G=mg=ρgV、3VA=2VB、8ρA=7ρB 解得:
=
。
从滑轮组的机械效率入手:
由上面几个式子,经过数学运算,即可求出结果。
三、实验题
13.在做“测滑轮组机械效率”的实验中,小强和同学们组装了如图10所示的甲、乙两个滑轮组(每只滑轮重都相同,不计摩擦和绳重)。
(1)对于甲图所示的滑轮组,如果没有刻度尺,只要测出钩码重G,然后竖直向上匀速拉动弹簧秤使钩码升高,从弹簧秤上读出拉力值F,即可算出该滑轮组的机械效率η= 。
(2)比较甲、乙两滑轮组的机械效率,可知η甲 η乙(选填:
>、<或=)。
(3)实验后小强猜想,对于同一滑轮组(例如图乙),它的机械效率也可能不是固定的,于是他用实验进行了探究,并证明自己的猜想是正确的。
你认为小强应采用的正确方法是什么?
答:
。
答案:
(1)η=
(2)>
(3)在保证滑轮个数、绳子绕法不变的前提下,改变钩码数量或提升的高度、提升的速度等因素,看滑轮组的机械效率是否改变。
解析:
(1)根据η=
×100%=
,所以,没有刻度尺也能计算出机械效率。
(2)比较甲、乙两滑轮组,可看出提升的钩码重相同,但乙的动滑轮重些,假设重物提升的高度相同,则有用功相同,而乙的额外功大些,所以乙的机械效率低。
(3)探究“同一滑轮组,它的机械效率也可能不是固定的”这一猜想时,要注意控制变量的思想。
即在保证滑轮个数、绳子绕法不变的前提下,改变钩码数量或提升的高度、提升的速度等因素,看滑轮组的机械效率是否改变。
14.小华看到工人利用斜面把货物推到车上,联想到上物理课时老师讲过的知识,小华想探究斜面的机械效率可能与哪些因素有关?
小华提出了以下的猜想:
A.斜面的机械效率可能与物体的重力有关
B.斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关
小华同学为了证实自己的猜想是否正确,于是他用同一块木板组成如图11所示的装置进行了实验探究,记录的实验数据如下表:
实验
次数
斜面倾角θ
物块重量
G/N
斜面高度
h/m
沿斜面拉力F/N
斜面长
S/m
有用功
W有/J
总功
W总/J
斜面的机械效率
1
30°
5.0
0.6
4.2
1.2
3.0
5.0
2
30°
3.0
0.6
2.5
1.2
1.8
60%
3
45°
3.0
0.8
2.8
1.2
2.4
3.4
71%
(1)在实验操作过程中,应沿斜面向上________拉动木块;实验时要使木板的倾斜角变大,应该把木板下面的木块向_________移动(填“左”或“右”)。
(2)根据表格中数据,第①次实验斜面的机械效率为_______%,第②次实验中总功为______J。
(3)通过对比实验①、②数据,可验证小华的猜想_________(填写字母);通过对比实验②、③数据,可以得出的探究结论是:
__________________________。
(4)除了小华的猜想以外,请你猜想斜面的机械效率还可能与______(写出一个)有关。
答案:
(1)匀速 左;
(2)60 3.0;(3)A 在其它条件相同时,斜面的倾斜程度越大,斜面的机械效率越高(或大);或在其它条件相同时,斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关;(4)物体或斜面的粗糙程度。
解析:
(1)必须使物体做匀速直线运动,物体受力才是平衡力,拉力才是一个确定的数值。
实验时要使木板的倾斜角变大,应该把木板下面的木块向左移动。
(2)根据机械效率的公式,容易计算第①次实验斜面的机械效率为60%,
(3)对比实验①、②,可以看出其它条件相同,只改变了物体的重力;再看数据,发现斜面的机械效率相同。
条件变了,而结果不变,说明结果与改变的条件无关,即斜面的机械效率与物体的重力无关.对比实验②、③,看出其它条件相同,只改变了斜面倾角;再看数据,发现斜面的机械效率不同,这说明结果与改变的条件有关,即斜面的机械效率与斜面倾角有关,而且斜面倾角越大,效率越高。
(4)造成使用斜面存在额外功的原因是物体与斜面间有摩擦力,接触面的粗糙程度影响摩擦力。
15.某实验小组利用图12示装置研究杠杆的机械效率,实验的主要步骤如下:
①用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点,在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码,在B点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计,使杠杆保持水平;
②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升(保持0点位置不变),在此过程中弹簧测力计的读数为F,利用刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2
回答下列问题:
(1)杠杆机械效率的表达式为η=____________。
(用已知或测量的物理量符号表示)
(2)本次实验中,若提升的钩码重一定,则影响杠杆机械效率的主要因素是:
___________
(3)若只将钩码的悬挂点由A移至C,O、B位置不变,仍将钩码提升相同的高度,则杠杆的机械效率将_________(选填“变大”、“变小”或“不变”)。
答案:
(1)
(2)杠杆自身的重力 (3)变大
解析:
(1)杠杆的机械效率:
。
(2)如果没有额外功,则机械的效率为100%。
所以在有用功一定时,额外功的
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