测量杠杆的机械效率教学设计

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1、 初中物理课程标准理念： 生活走向物理，从物理走向社会； 重科学探究，提倡学习方式多样化； 注意学科渗透，关心科技发展； 教学综述： 机械效率是一个抽象的概念，要理解机械效率必须先理解有用功、额外功和总功的概念。概念嵌套，逻辑关系比较复杂。解决方法：通过学生观察现象，以及动手实验探究创设物理情境，在观察实验的基础上充分探讨，明确有用功、额外功、总功的意义，通过对数据分析、比较，得出机械效率的定义，并根据测量数据计算各组装置的机械效率。分析简单机械的机械效率与哪些因素有关，研究提高机械效率的方法，从而更加深入的理解机械效率。 教学原则：提高学生的学习能力和动手能力，培养学生的观察能力、分析能力和

2、归纳能力，让学生在学习知识的过程也熟练掌握一些基本的科研态度、科研方法和科研步骤。 教学方法：观察现象，发现特征；启发引导、科学探究；归纳总结、形成规律。 1. 重点难点分析 重点：建立机械效率及相关概念，理解机械效率的意义，会分析和测定动滑轮和斜面的机械效率。通过引用学生认知中已有的概念 如正确率、点击率进行类比，来帮助建立机械效率的概念。 难点：利用分析比较和实验探究方法，将抽象的物理概念具体化。在掌握知识的同时，学习科学思维方法。 2. 创设物理情境的策略 联系实际：生活中经常需要将物体举高，如工人抬饭箱；将书包背起来的过程，都需要对物体功。 起重机将建筑构件吊起。 物体沿斜面坡道上升。

3、 汽车在盘山公路上行驶。 3. 实施探究活动的策略 （以斜面为例） 组装器材 分析：在斜面上拉动物体和沿竖直方向提升物体 提出猜想和假设（以斜面为例） 教师引导：斜面的机械效率大小，与什么因素有关？ 1. 斜面的机械效率与斜面倾斜程度有什么关系 ? 猜想：斜面的倾斜程度越大，机械效率越高 2. 研究斜面的机械效率与物体斜面之间接触面大小有什么关系？ 猜想：机械效率与物体斜面之间接触面大小无关 3. 研究斜面的机械效率与它的粗糙程度有什么关系？ 猜想：表面越光滑，机械效率越高 4. 研究斜面的机械效率与物重有什么关系？ 猜想：研究斜面的机械效率与物体的重力无关 生：斜面的机械效率可能与斜面的高度

4、、斜面长度、倾斜程度、斜面坡度、斜面粗糙程度、物体重力有关。 师：能说说的猜想依据吗？ 生：我觉得可能与斜面的粗糙程度有关，斜面越粗糙，克服摩擦力所做的额外功就越多，机械效率越低。 师：有道理。摩擦是影响机械效率的一个重要因素，摩擦力越大，做的额外功就越多，机械效率就越低。 生：我觉得可能与斜面的倾斜程度有关，斜面的倾斜程度越大，把物体提升得也越高，机械效率就越高。 生：我认为可能与斜面的坡度有关。坡度越大，斜面的机械效率越高。 生：我觉得可能与物体的重力有关，物体越重，所以机械效率高（或越低）。 生：我认为可能与斜面的长度有关，斜面越长，克服摩擦力所做的额外功也越多，机械效率就越低。 生：我

5、认为可能与物体对斜面的压力有关，压力越大，机械效率越低（或越高）。 生：我认为可能与斜面的高度有关，斜面越高，做的有用功就越多，机械效率越高。 师：很不错，同学们猜想了这么多因素，而且说得有理有据。我们能不能把这些因素中相类似的因素合并合并，把问题简化一下呢？谁来说？ 生：我觉得斜面的坡度与斜面的倾斜程度可以合并 师：坡度与倾斜程度是不是一个意思呀？ 生：我觉得物体对斜面的压力与物体的重力可以合并。 师：物体越重，对斜面的压力也越大，那我们把它们合并为重力，因为压力不太好测量。 生：我认为斜面的高度与斜面的长度也都可以合并为斜面的倾斜程度，因为固定高度，只改变长度或固定长度只改变高度都相当于改

6、变了斜面的倾斜程度，效果是一样的。 师：说得有道理，能演示一下吗？ 生：演示并解说。把斜面长度固定，只改变斜面高度，斜面的倾斜程度变了；把斜面高度固定，只改变斜面的长度，斜面的倾斜程度也变了。这两种方法达到的效果是一样的。 师：这两种方法都改变了斜面的倾斜程度。但哪一种方法更好？ 生：固定高度，改变斜面的长度更实用。 师：按照同学们的讨论结果，进行合并后，影响斜面的机械效率的因素有几个？ 生：斜面的倾斜程度、斜面的粗糙程度、物体重力。 当一个物理量与几个因素有关，用什么方法来进行探究呢？控制变量法。当一个量与多个因素有关，在探究其中一个因素时，我们要控制其它的因素一定，这就是控制变量法。由于本

7、课题探究的因素较多，课堂教学时间有限，可以让各小组的同学只就其中一个比较感兴趣的问题来进行探究，各小组讨论确定具体探究问题，做出实验设计方案，画出实验的图例和实验记录表格。 实验：测量斜面的机械效率 步骤： 1. 每一组给 1 块长方体的木块、一块长木板、一辆小车、一把刻度尺、一只弹簧测力计。木块和木板可以构成一个斜面。 2. 设计实验方案。在实验中需要进行哪些操作？要测量哪些量？并设计实验数据记录表。 3. 与其他小组进行交流，看看谁的设计方案更好。借助如下的方框完成实验数据记录表。 4. 选择设计科学、易于操作的实验方案进行实验，并把实验数据记录在表内 5. 由实验测出的数据算出斜面的机械

8、效率 6. 你认为斜面的机械效率可能跟哪些因素有关？提出你的猜测 7. 设计实验方案，检验你的猜测是否正确。 讨论：1. 机械效率总是小于 1，为什么？ 2. 你认为可以从哪些方面提高机械效率？ 4. 引导分析推理的策略 （以滑轮组为例） 结合实例通过多媒体展示四种运沙子上楼的方法，组织学生讨论选择哪种方法最好 ? 为什么 ? 分析有用功，额外功和总功。 设问置疑 : 5. 建立物理概念的策略 机械效率概念的建立 任何机械本身都受到重力作用，相对运动的零件之间又存在摩擦。所以使用任何机械，除了有用功之外都不可避免地要做额外功。 机械效率公式：测量杠杆的机械效率 用如图所示的实验装置测量杠杆的机

9、械效率。实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升。 （ 1 ）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数 F 为 N，钩码总重 G 为 1.0N，钩码上升高度 h 为 0.1m，测力计移动距离 s 为 0.3m，则杠杆的机械效率为 % 。请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：。 （ 2 ）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在 A 、 B 两点，测量并计算得到下表所示的两组数据： 根据表中数据，能否得出杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高的结论？答； 请简要说明两条理由： ； . 6. 进行教学评价的策略 1

10、. 正确理解有用功、额外功、总功概念 2. 能分析归纳建立机械效率概念 3. 会设计并完成实验，探究影响机械效率因素 主要从以上三个方面对学习效果进行“自评”、“互评”与“教师评” 。 设计简洁、实用的评价量规 姓名 评价 分析与概括能力 研究意识 合作精神与能力 总评 自评 小组评 三、学生常见问题分析与解决策略 1功率与机械效率的区别是什么？ 功率 P=W/t 即单位时间内所做的功。功率是表示做功快慢的物理量。功率大的机械做功快，单位时间提供（或消耗）的能量多。 机械效率 是有用功占总功的比值。它是表征机械做功时其有用的成分高低。机械 提供（或消耗）的总能量中有用的成分越高，机械的性能相对

11、而言就好。所以，它们是完全不同的两个物理量。 功率和效率是二个不同的概念。 机械的功率有输入功率和输出功率之分。输入功率是由原动机来提供（如电动机、汽油机等）。因摩擦力等原因其输出功率要小于输入功率，二者的百分比即为机械效率。故只有在输入功率不变的前提下，机械效率高，其输出功率才大。 2效率高的机械就省力吗？ 用一个弹簧测力计，利用家中案板和茶杯做了以下实验： A. 把杯子放在塑料袋中，在杯子中加入适量的水，用弹簧测力计测得杯子和水的总重量 G。 B. 用案板作斜面，把一只水杯通过细绳与弹簧测力计连接，拉动弹簧测力计，把盛水的杯子匀速拉上斜面。 C. 分别测出拉力 F、杯子移动的距离 s 和升

12、高的高度 h。 D. 改变斜面的高度，重复上述实验。 3怎样提高机械效率？ 滑轮组：如果你是设计者，怎样提高机械效率？如果你是使用者，怎样提高机械效率？ 减轻动滑轮重、绳重、减小轮轴间摩擦增大物重 。 1. 减少机械自重 . 2. 减少机械的摩擦等来减小额外功 . 3. 在额外功一定时，增大有用功 . 一般来说：提高机械效率的办法是改进结构，使它更合理、更轻巧，在使用中按照技术规程经常保养，定时润滑，以减小摩擦。 4 为什么机械效率总是小于 1 ？几种机械组合后的机械效率仍然小于 1 吗？ 有用功跟总功的比值叫机械效率。有用功总小于总功，所以机械效率总小于 1。 意义：机械效率表示机械利用功的

13、效果，效率越大，利用的效果越好，有用功在总功中所占比例越大；。任何机械的机械效率总是小于 1 （小于 100 ） 对于机械系统的效率计算初中阶段不作要求，如果系统是由几个机械简单串联而成，则系统的总效率是各个机械的效率的连乘积，其结果仍是小于 1 的 ( 乘法原理 ) 。如果系统的组成比较复杂，可应用功率流的概念求出输出功和输入功的关系，从而求得机械系统的总效率。 一台机器所做的有用功与总功越接近，这台机器的机械效率就越高。 反证的方法：如果机械效率等于 1，只有不做额外功，而实际的机械不可能不做额外功（额外阻力总是存在的）。故实际机械的机械效率不可能等于 1 。如果机械效率大于 1，则要求有

14、用功大于总功，这当然是不可能的。 5 为什么说机械效率是从能的方面描述机械的性能？ 机械是否省力？是从力的角度说明该机械的性能优劣。机械效率是有用功占总功的比值。功是能量变化的量度，在一个过程中，做了多少功，能量就会改变多少。所以机械效率是从能的方面描述机械性能的。 6 机械的效率是一定的吗？ 机械效率不是一定的。比如滑轮组的机械效率，影响它的主要因素是物重，其次是动滑轮重，还有绳子重和摩擦。打个比方：用一个重 100N 的动滑轮吊起 1N 重的物体或 10000N 的物体，哪个效率高？因为不论吊轻物还是吊重物都需要把一只挺重的动滑轮吊上去，吊动滑轮做的就是额外功，额外功在总功中占的比例越多，效率就越低。