第 五节 探究―使用机械能省功吗？

教学目标

一、知识与技能

1. 通过探究活动，知道使用任何机械都不省功。

2. 通过探究活动，理解机械效率。

二、过程与方法

1. 经历探索使用机械能不能省功的实验过程，培养观察能力，体会实验研究方法。

2. 在实验探究过程中，培养学生设计实验、收集实验数据、从实验中归纳科学规律的能力。

三、情感态度与价值观

1. 通过探究性物理学习活动，使学生体验探究的乐趣。

2. 在实验他那就过程中，培养学生尊重实验事实的科学态度。

教学准备：滑轮、钩码、线、弹簧秤、铁架台、刻度尺。

教学过程

一、引入新课

演示（按图装置）并提问：

用图的滑轮来提升重 5N 的物体，理论上在细绳 端需要 加多大的拉力？要求一名学生板演，（省一半力，应为 2.5N ）。

实际上 Ｆ ＝ 2.5 Ｎ行不行，为什么？怎样能知道 Ｆ 实际是多大？可以通过实际测量，实际上 肯定 Ｆ >2.5 Ｎ。

实际使用动滑轮提升重物时，人所做的功与直接提升重物所做的功相比较，大小如何？我们希望上述 两个功越接近 越好还是差距越大越好？

二、新课学习

1 ．有用功、额外功和总功

（ 1 ）演示实验：用弹簧秤匀速拉动绳端，使重物 G 升高。从弹簧秤读出拉力 F 的值，用刻度尺测出重物提升的高度 h 和弹簧秤移动的距离 s 。 以下边讲边板书：

“实验数值 G ＝ 5N ， h ＝ 0.5m ， F ＝ 3N ， s ＝ 1m 。

弹簧秤的拉力（动力）对动滑轮做的功： W _２ ＝ F · s ＝ 3N × 1m ＝ 3J ，

直接用手提高重物同样的高度需要做的： W _１ ＝ G · h ＝ 5N × 0.5m ＝ 2.5J

（ 2 ）提问：由实验可以看到 W _２ ＞ W _１ ，这是为什么？

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）就比重物重力的一半还要大（该实验中，理想情况下拉力是 2.5N ，而实际的拉力是 3N ）。做的功要比直接提升重物所做的功大一些（该实验中，直接提升重物所做的功是 2.5J ，而实际动力对滑轮做的功是 3J ）。

（ 3 ）总结并边讲边板书

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 ）：利用机械工作时对人们有用 的功叫有用功 。

本实验中的有用功是多少？ W _有用 ＝ G · h ＝ 5N × 0.5m ＝ 2.5J 。

②本实验中，用来克服摩擦及把动滑轮和绳子提升做的功对我们没有用，但又不得不做的功， 这种功叫额外 功。使用任何实际机械做额外功是不可避免的。

板书 :2 ．额外功（ W _额外 ）：对人们没有用，但又不得不做的功叫做额外功。

③有用功加额外功是力对机械 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。

本实验中总功 W _总 ＝？

答： W _总 ＝ F · s ＝ F · 2 h ＝ 3N × 1m ＝ 3J 。

问：本实验中做的额外功是多少？

答： W _额外 ＝ W _总 － W _有用 ＝ 3J － 2.5J ＝ 0.5J 。

2 ．机械效率

根据以上实验，你能算出有用功在总功中占的百分比吗？学生演算，答出计算过程和结果。

小结并板书： 4 ．机械效率：有用功跟总功的比值叫机械效率。

板书：补写本节标题：“三、机械效率”

有用功总小于总功，所以机械效率总小于 1 。

表示机械效率的字母的读音，机械效率一般用百分数表示，没有单位。

某起重机的机械效率是 70% ，它表示什么意思？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 30 ％做的是额外功。

3 ．提高机械效率的意义及方法举例

阅读课本提高机械效率一段，小结要点，指出采取减小额外功所占比重是提高机械效率的有效方法。

三、小结

有用功和总共的比值叫做机械效率，是用来描述机械的工作效率高低的物理量。

四、巩固练习

用图所示滑轮组把重 600N 的货物匀速提高 2m ，所用的拉力是 375N ，求总功、有用功和这个滑轮组的机械效率。

解答这类问题首先要认真审题，弄清已知条件。其次要注意，用滑轮组提起货物的高度与人把绳子末端拉下的距离之间的关系。还要分清总功和有用功 。 总功是人利用滑轮组提升货物时 总共做 的功，也就是人拉绳子的力做的功（或说动力对滑轮组做的功），即如果不用机械直接把重物提升相同高度所做的功 。 计算时，功（ W _总 ）＝拉力（ F ）×绳端所通过的距离（ s ） 。 有用功是指滑轮组克服货物所受重力竖直升高所做的功，计算时，有用功（ W _有用 ）＝ F · s 。 因为货物匀速上升，所以滑轮组对货物拉力的大小等于货物重，即 F ＝ G 。 货物提升的高度 s 用字母 h 表示（要与动力通过的距离 s 加以区分）。所以，有用功（ W _有用 ）＝货物重（ G ）×货物提升的高度（ h ）。