初中物理機(jī)械效率教學(xué)設(shè)計(jì)案例一、課題名稱機(jī)械效率二、授課年級(jí)初中二年級(jí)（或根據(jù)教材版本調(diào)整）三、課時(shí)安排1課時(shí)（45分鐘）四、教材分析“機(jī)械效率”是初中物理力學(xué)部分的重要概念，是在學(xué)生學(xué)習(xí)了功的概念、功的原理之后，對(duì)功的知識(shí)的深化和應(yīng)用。它不僅與前面所學(xué)的力、距離、功等知識(shí)緊密聯(lián)系，也是后續(xù)學(xué)習(xí)功率等概念的基礎(chǔ)。教材通常通過(guò)實(shí)例分析，引出有用功、額外功和總功的概念，進(jìn)而建立機(jī)械效率的定義和公式。學(xué)好本節(jié)內(nèi)容，有助于學(xué)生更深刻地理解機(jī)械的作用，培養(yǎng)其分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)滲透科學(xué)探究和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。五、學(xué)情分析初中二年級(jí)的學(xué)生已經(jīng)具備了一定的抽象思維能力和實(shí)驗(yàn)探究能力，對(duì)“功”的概念有了初步的理解。他們對(duì)生活中的簡(jiǎn)單機(jī)械（如杠桿、滑輪、斜面）有一定的感性認(rèn)識(shí)，但對(duì)“為什么使用機(jī)械有時(shí)省力卻不省功”、“如何衡量機(jī)械的優(yōu)劣”等問(wèn)題缺乏深入思考。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中可能會(huì)對(duì)“有用功”、“額外功”、“總功”的辨析感到困難，對(duì)機(jī)械效率公式的理解和應(yīng)用也容易出現(xiàn)偏差。因此，教學(xué)中應(yīng)注重從生活實(shí)例入手，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)概念。六、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1.理解有用功、額外功和總功的含義，并能在具體情境中識(shí)別它們。2.理解機(jī)械效率的概念，能說(shuō)出機(jī)械效率的物理意義。3.掌握機(jī)械效率的計(jì)算公式，并能進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。4.知道機(jī)械效率總是小于1，并能解釋其原因。5.了解提高機(jī)械效率的方法。（二）過(guò)程與方法1.通過(guò)參與實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，體驗(yàn)科學(xué)探究的基本過(guò)程。2.通過(guò)對(duì)實(shí)例的分析和討論，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和概括總結(jié)的能力。3.學(xué)習(xí)從物理現(xiàn)象中歸納出物理規(guī)律的方法。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀1.通過(guò)對(duì)機(jī)械效率的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到實(shí)際應(yīng)用中理想與現(xiàn)實(shí)的差距，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。2.了解提高機(jī)械效率的實(shí)際意義，培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能意識(shí)和優(yōu)化意識(shí)。3.在實(shí)驗(yàn)探究和合作學(xué)習(xí)中，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。七、教學(xué)重難點(diǎn)（一）教學(xué)重點(diǎn)1.有用功、額外功和總功的概念辨析。2.機(jī)械效率的概念、公式及其物理意義。3.機(jī)械效率的簡(jiǎn)單計(jì)算。（二）教學(xué)難點(diǎn)1.有用功、額外功和總功的判斷與計(jì)算。2.理解機(jī)械效率總是小于1的原因。3.探究影響機(jī)械效率的因素，并思考提高機(jī)械效率的方法。八、教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)探究法、討論法、講授法、多媒體輔助教學(xué)法九、教學(xué)準(zhǔn)備（一）教師準(zhǔn)備1.多媒體課件（PPT）：包含圖片、動(dòng)畫(huà)、問(wèn)題討論等。2.實(shí)驗(yàn)器材：*滑輪組（不同組合，如單個(gè)定滑輪、單個(gè)動(dòng)滑輪、不同繞法的滑輪組）、鉤碼若干、彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺、鐵架臺(tái)、細(xì)線。*斜面（可調(diào)節(jié)傾斜程度更佳）、小車、毛巾（或其他粗糙表面材料）。*（可選）杠桿、不同重量的物體。3.板書(shū)設(shè)計(jì)提綱。（二）學(xué)生準(zhǔn)備1.預(yù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，思考“使用機(jī)械是否一定省功？”2.準(zhǔn)備筆記本、練習(xí)本、鉛筆、橡皮。十、教學(xué)過(guò)程（一）創(chuàng)設(shè)情境，引入新課（約5分鐘）1.提問(wèn)回顧：同學(xué)們，我們之前學(xué)習(xí)了“功”，誰(shuí)能說(shuō)說(shuō)做功的兩個(gè)必要因素是什么？（學(xué)生回答：作用在物體上的力，物體在力的方向上移動(dòng)的距離。）我們還學(xué)習(xí)了“功的原理”，其內(nèi)容是什么？（學(xué)生回答：使用任何機(jī)械都不省功。）2.情境設(shè)問(wèn)：既然使用機(jī)械不省功，那我們?yōu)槭裁催€要使用機(jī)械呢？（學(xué)生回答：省力、省距離、改變力的方向等。）3.引出問(wèn)題：很好，機(jī)械可以給我們帶來(lái)諸多方便。但大家有沒(méi)有思考過(guò)，我們使用機(jī)械時(shí)，我們做的功，是不是全部都“有用”了呢？例如，我們用動(dòng)滑輪提升重物時(shí)，除了把重物提起來(lái)，我們還不得不把什么也提起來(lái)了？（引導(dǎo)學(xué)生思考：動(dòng)滑輪本身。）這部分功對(duì)我們提升重物有直接幫助嗎？今天，我們就來(lái)研究如何衡量機(jī)械工作時(shí)“有用”的程度，即——機(jī)械效率。（板書(shū)課題：機(jī)械效率）（二）新課講授與實(shí)驗(yàn)探究（約25分鐘）1.有用功、額外功、總功（約10分鐘）*實(shí)例分析1（滑輪組提升重物）：*展示用滑輪組提升鉤碼的裝置。提問(wèn)：我們的目的是什么？（把鉤碼提升到一定高度。）*引導(dǎo)學(xué)生思考：為了達(dá)到這個(gè)目的，我們必須做的功是什么？（學(xué)生討論后得出：克服鉤碼重力所做的功。）*定義有用功（W有）：對(duì)我們有用的，必須做的功。公式：W有=G物×h(提升重物時(shí))。*繼續(xù)提問(wèn)：在實(shí)際操作中，我們用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)繩子自由端，除了提升鉤碼，還不得不克服哪些力做功？（學(xué)生觀察思考：動(dòng)滑輪的重力、繩子的重力、滑輪與軸之間的摩擦等。）*定義額外功（W額）：并非我們需要但又不得不做的功。*定義總功（W總）：動(dòng)力（人或其他裝置）對(duì)機(jī)械所做的功。公式：W總=F×s(拉力做的功)。*關(guān)系：顯然，總功等于有用功加上額外功。即：W總=W有+W額。（板書(shū)）*實(shí)例分析2（斜面推物體）：*展示斜面和小車。提問(wèn)：若要將小車從斜面底端推到頂端，目的是讓小車升高h(yuǎn)，有用功是什么？（W有=G車×h）總功是什么？（W總=F推×s，s為斜面長(zhǎng)度）額外功可能有哪些？（克服小車與斜面間的摩擦力做的功，克服空氣阻力等。）*鞏固概念：讓學(xué)生舉例說(shuō)明生活中其他機(jī)械的有用功、額外功和總功，如用桶從井中打水（有用功是對(duì)水做的功，額外功是對(duì)桶和繩子做的功），若桶掉到井里，撈桶時(shí)帶了些水（此時(shí)有用功是對(duì)桶做的功，額外功是對(duì)水做的功）。通過(guò)對(duì)比，強(qiáng)調(diào)“有用”是相對(duì)于人的目的而言的。2.機(jī)械效率（約10分鐘）*提出問(wèn)題：不同的機(jī)械，在做功時(shí)有什么區(qū)別呢？有的機(jī)械額外功占的比例少，有的可能多一些。我們?nèi)绾伪容^它們的“有用”程度呢？*定義機(jī)械效率：有用功跟總功的比值，叫做機(jī)械效率。（板書(shū)）*公式：η=W有/W總×100%（板書(shū)，強(qiáng)調(diào)“×100%”是為了將比值化為百分?jǐn)?shù)）*討論與理解：*機(jī)械效率η是一個(gè)比值，沒(méi)有單位，常用百分?jǐn)?shù)表示。*由于W額總是存在的，所以W有總是小于W總，因此η總是小于1（100%）。（重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，并讓學(xué)生理解其必然性）*η越高，表示有用功在總功中所占的比例越大，機(jī)械的性能越好。*例題示范：（結(jié)合“實(shí)例分析1”中的滑輪組提升重物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，或假設(shè)一組簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算）*例：用滑輪組將重為G的鉤碼提升h高度，拉力為F，繩子自由端移動(dòng)距離為s。若G=10N，h=0.1m，F(xiàn)=4N，s=0.3m。求：有用功、總功、機(jī)械效率。*解：W有=Gh=10N×0.1m=1JW總=Fs=4N×0.3m=1.2Jη=W有/W總×100%=1J/1.2J×100%≈83.3%*強(qiáng)調(diào)解題規(guī)范：公式、代入數(shù)據(jù)（帶單位）、計(jì)算結(jié)果、答。3.實(shí)驗(yàn)探究：影響機(jī)械效率的因素（約15分鐘）*提出問(wèn)題：機(jī)械效率的高低與哪些因素有關(guān)呢？我們?nèi)绾翁岣邫C(jī)械效率？*猜想與假設(shè)：（引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)前面所學(xué)進(jìn)行猜想）*可能與機(jī)械本身的重力有關(guān)？（如動(dòng)滑輪越重？）*可能與機(jī)械部件間的摩擦有關(guān)？（如潤(rùn)滑情況？）*可能與提升的物重有關(guān)？（如提升的物體越重？）*（對(duì)于斜面）可能與斜面的傾斜程度有關(guān)？與斜面的粗糙程度有關(guān)？*設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：*探究一：滑輪組的機(jī)械效率*提供不同的滑輪組（或改變動(dòng)滑輪個(gè)數(shù)）、不同重量的鉤碼、彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺。*實(shí)驗(yàn)步驟參考：1.組裝好滑輪組，記下所掛鉤碼的重力G。2.用彈簧測(cè)力計(jì)勻速拉動(dòng)繩子自由端，使鉤碼升高h(yuǎn)，讀出拉力F，同時(shí)用刻度尺測(cè)出繩子自由端移動(dòng)的距離s。3.計(jì)算W有、W總、η。4.改變鉤碼重量（或更換不同重力的動(dòng)滑輪，或在軸處加點(diǎn)潤(rùn)滑油），重復(fù)上述步驟，比較η的變化。*學(xué)生分組進(jìn)行，教師巡視指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)正確使用彈簧測(cè)力計(jì)（勻速拉動(dòng)、讀數(shù)時(shí)視線平視）、刻度尺的使用，以及數(shù)據(jù)記錄的真實(shí)性。*探究二（可選，或作為課后拓展）：斜面的機(jī)械效率*提供斜面、小車、不同重量的砝碼（放在小車上）、彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺、毛巾。*引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究斜面傾斜程度或粗糙程度對(duì)機(jī)械效率的影響。*收集數(shù)據(jù)與分析論證：*各小組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，教師將關(guān)鍵數(shù)據(jù)記錄在黑板上或PPT表格中。*引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論：*對(duì)于滑輪組：提升的物重越大，機(jī)械效率越高；動(dòng)滑輪越重、摩擦越大，機(jī)械效率越低。*對(duì)于斜面：傾斜程度越大（越陡），機(jī)械效率越高；表面越光滑，機(jī)械效率越高。*交流與評(píng)估：討論實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的誤差及原因，如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案。（三）鞏固練習(xí)（約3分鐘）1.判斷下列說(shuō)法是否正確：*機(jī)械效率越高的機(jī)械，做的有用功越多。（錯(cuò)，還與總功有關(guān)）*做同樣多的有用功，總功越少的機(jī)械，效率越高。（對(duì)）*額外功越少，機(jī)械效率越高。（錯(cuò)，還與有用功或總功有關(guān)）*省力的機(jī)械效率一定高。（錯(cuò)，省力與否與效率高低無(wú)必然聯(lián)系）2.某起重機(jī)的機(jī)械效率是80%，它表示什么意思？（表示有用功占總功的80%）（四）課堂小結(jié)（約1分鐘）1.本節(jié)課學(xué)習(xí)了哪些主要概念？（有用功、額外功、總功、機(jī)械效率）2.機(jī)械效率的公式是什么？它的物理意義是什么？（η=W有/W總×100%，表示有用功在總功中所占的比例）3.機(jī)械效率為什么總小于1？（因?yàn)轭~外功不可避免）4.如何提高機(jī)械效率？（減少額外功：減輕機(jī)械自重、減小摩擦；增加有用功：在允許范圍內(nèi)增加提升的物重等）（五）布置作業(yè)（約1分鐘）1.教材課后習(xí)題中關(guān)于機(jī)械效率的計(jì)算題。2.思考與拓展：*生活中還有哪些提高機(jī)械效率的例子？（如給自行車鏈條加潤(rùn)滑油，汽車定期保養(yǎng)等）*為什么我們追求機(jī)械效率，但有時(shí)又會(huì)選擇效率較低的機(jī)械？（考慮實(shí)際需求，如省力、省距離、操作方便等）3.（選做）設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量家庭中某種簡(jiǎn)單機(jī)械（如筷子夾菜、開(kāi)瓶器開(kāi)瓶）機(jī)械效率的方案（不要求精確測(cè)量，主要思考如何區(qū)分有用功和總功）。十一、板書(shū)設(shè)計(jì)機(jī)械效率1.有用功（W有）：對(duì)人們有用必須做的功。W有=G物h額外功（W額）：并非需要但不得不做的功?？偣Γ╓總）：動(dòng)力對(duì)機(jī)械做的功。W總=Fs關(guān)系：W總=W有+W額2.機(jī)械效率（η）：定義：有用功跟總功的比值。公式：η=W有/W總×100%理解：η<1（100%）——因?yàn)閃額>0表示機(jī)械做功的“有用”程度。3.提高機(jī)械效率的方法：*減少額外功：減輕機(jī)械自重、減小摩擦（潤(rùn)滑）。*增加有用功：在允許范圍內(nèi)，增加被提升物體的重量。4.實(shí)驗(yàn)探究：（簡(jiǎn)要記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù)和結(jié)論）*滑輪組：物重、動(dòng)滑輪重、摩擦→η*斜面：傾斜程度、粗糙程度→η十二、教學(xué)反思（本部分在實(shí)際授課后填寫(xiě)）1.學(xué)生對(duì)有用功、額外功的概念理解是否到位？哪些例子更能幫助學(xué)生區(qū)分？2.實(shí)驗(yàn)探究的時(shí)間分配是否合理？學(xué)生參與度如何？實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性如何？3.機(jī)械效率公式的應(yīng)用和計(jì)算，學(xué)生掌握情況