八年級機械效率教學(xué)設計
一、教學(xué)目標
(一)知識與技能
1.能結合實(shí)例分析什么是有用功、額外功和總功。
2.明確機械效率是描述做功效率的物理量。能利用機械效率的公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計算。
3.能設計實(shí)驗，測定某種簡(jiǎn)單機械的機械效率。
(二)過(guò)程與方法
1.通過(guò)探究使用動(dòng)滑輪的特點(diǎn)，知道使用機械就要做額外功。
2.通過(guò)實(shí)驗與討論，認識提高機械效率的主要方法。
(三)情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)
知道提高機械效率的實(shí)際意義和方法，有合理改進(jìn)機械、提高效率的意識，增強將科學(xué)服務(wù)于人類(lèi)的責任感。
二、教學(xué)重難點(diǎn)
本節內容由“有用功和額外功”“機械效率”兩部分構成，機械效率是本節教學(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)生真正認識機械效率的含義。測量滑輪組的機械效率是本節的難點(diǎn)。教學(xué)中要組織學(xué)生經(jīng)歷測量的全過(guò)程，如讓學(xué)生經(jīng)歷組裝實(shí)驗裝置、測量數據、得出結論的過(guò)程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，同時(shí)增加他們的實(shí)踐體驗。
重點(diǎn)：機械效率的概念和有關(guān)計算。
難點(diǎn)：測量滑輪組的機械效率。
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)生猜測并設計實(shí)驗來(lái)驗證自己的猜想。學(xué)生經(jīng)過(guò)數據分析后發(fā)現，動(dòng)力對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)系和效率的概念。通過(guò)理解、運用機械效率解決實(shí)際問(wèn)題，認識到提高機械效率的兩種方法：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)習和生活中。使學(xué)生明白只有提高學(xué)習效率才能順利完成任務(wù)。
四、教學(xué)資源準備
多媒體設備、實(shí)物投影儀、動(dòng)滑輪、鉤碼、鐵架臺、彈簧測力計、刻度尺、細線(xiàn)等。
五、教學(xué)過(guò)程
教學(xué)環(huán)節
教師活動(dòng)
學(xué)生活動(dòng)
設計意圖
導入新課
�。�5分鐘）
小明家最近買(mǎi)了一處新樓房，家在三樓。想把洗手間、廚房裝修一下，需把沙子運到三樓。請同學(xué)們根據需要，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所示的三種方法供參考：第1種是人直接提著(zhù)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。
請學(xué)生發(fā)表自己的見(jiàn)解，提出各種方案。并對各個(gè)方案進(jìn)行討論，比較優(yōu)缺點(diǎn)。
經(jīng)過(guò)討論明確第一種方法太不方便。第三種方法最好，因為它比第二種方法用的力小。提升相同高度做的功少。
創(chuàng )設真實(shí)的情景，容易激發(fā)學(xué)生興趣，順利進(jìn)入教學(xué)。
通過(guò)討論，為下面學(xué)習有用功與額外功做好鋪墊。
新課教學(xué)
（30分鐘）
一、有用功和額外功
結合用動(dòng)滑輪提升沙子，請同學(xué)們觀(guān)看提沙子過(guò)程的視頻。思考：
1．在把沙子從一樓運上三樓的過(guò)程中，每種方法中各對哪些物體做了功？
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)，機械對外所做的功為有用功，機械克服自身部件的重力和摩擦力所做的功為額外功，動(dòng)力對機械所做的功為總功。
總功等于有用功與額外功之和。
指出：前面實(shí)驗中，第三種方法最好，因為第三種方法做的額外功最少，總功最少。
討論：不使用機械直接提升物體做的功，與使用機械提升物體做的功一樣嗎？（手拉繩做的功與動(dòng)滑輪對沙子做的功相等嗎？）怎樣探究這個(gè)問(wèn)題？
1．設計實(shí)驗方案：用手通過(guò)一只彈簧測力計拉一個(gè)動(dòng)滑輪，沿豎直方向勻速緩慢提起重為G的鉤碼。
2．為了探究上述問(wèn)題需要測量的物理量是：手對繩的拉力F、手移動(dòng)的距離s、鉤碼的重力、鉤碼上升的高度h。
3．改變鉤碼的數量，重復上述測量。
4．設計表格，將實(shí)驗數據填入表中。
次數
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
2
3
5．分析實(shí)驗數據：
�。�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）你認為產(chǎn)生這一現象的原因是什么？
進(jìn)一步思考并回答。
邊實(shí)驗邊填表。
分析實(shí)驗誤差，指出要使重物重一些，誤差就會(huì )小一些。
�。�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。
進(jìn)一步理解有用功和額外功。并會(huì )測量有用功和總功。
二、機械效率
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，用機械效率表示有用功在總功中所占的比例。
計算公式：
三者之間的關(guān)系：
注意：對于實(shí)際機械，由于總是有額外功存在，η＜1。
組織學(xué)生討論：
1.機械效率有單位嗎？
2．為什么機械效率沒(méi)有大于1的`？
3．用小數和百分數來(lái)表達機械效率，你認為那種表達更好？
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。
求：總功、有用功、額外功和滑輪組的機械效率。
圖2
�。�1）組織學(xué)生分析、討論、計算
�。�2）展示學(xué)生解題過(guò)程
�。�3）總結、評價(jià)
如何測量滑輪組的機械效率：
1．實(shí)驗原理：
2．器材：刻度尺、鉤碼、彈簧測力計、鐵架臺、甲、乙兩個(gè)滑輪組、長(cháng)約2m的細繩。
3．步驟：
�、儆脧椈蓽y力計測量鉤碼所受的重力G并填入表格。
�、诜謩e記下鉤碼和彈簧測力計的位置。
�、劬徛瓌�(dòng)彈簧測力計，使鉤碼升高，讀出拉力F值，用刻度尺測出鉤碼上升的高度h和彈簧測力計移動(dòng)的距離s，將這三個(gè)量填入表格。
�、芩愠鲇杏霉有用、總功 W總功、機械效率η并填入表格。
實(shí)驗次數
G (N)
h(m)
W有用（J）
F (N)
s (m)
W總（J）
η
1
2
3
4
結論：
1．動(dòng)滑輪重一定,物重越大，機械效率高。
2．物重一定，動(dòng)滑輪越重，機械效率低。
討論：如何提高滑輪組的機械效率？
討論后得出：
提高滑輪組的機械效率的主要方法有：盡可能地增加物重，減小動(dòng)滑輪重，減輕繩重和滑輪轉軸處的摩擦。
經(jīng)過(guò)討論回答：機械效率沒(méi)有單位， 總小于1，用百分數表示。
意在練習機械效率公式的應用、使學(xué)生加深認識有用功、額外功和總功的概念。
學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗
理論聯(lián)系實(shí)際，培養學(xué)生將科學(xué)知識應用于日常生活和社會(huì )實(shí)踐的意識。
鍛煉分析實(shí)際問(wèn)題的能力。
通過(guò)交流與合作，培養學(xué)生團結合作精神。
課堂小結
（5分鐘）
讓學(xué)生分組討論，總結本節學(xué)到了什么知識，有哪些收獲？
學(xué)生自己歸納總結，分小組發(fā)言，教師對學(xué)生歸納發(fā)言較好的給予表?yè)P，并指出其中的不足。
讓學(xué)生有表現自我的機會(huì )，并且發(fā)現學(xué)習過(guò)程中出現的問(wèn)題。
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