第4節(jié)簡單機(jī)械第4課時（導(dǎo)學(xué)案）科學(xué)觀念：能正確判斷有用功、額外功和總功，知道機(jī)械效率的公式及計算；知道斜面是一種簡單機(jī)械?？茖W(xué)思維：經(jīng)歷從具體到抽象的研究過程，學(xué)會比較。會應(yīng)用公式進(jìn)行簡單計算。探究實(shí)踐：在探究滑輪組機(jī)械效率中，分析總結(jié)簡單機(jī)械的效率。態(tài)度責(zé)任：學(xué)會合作和交流，體驗(yàn)成功探究帶來的樂趣，感悟生活中處處有科學(xué)。通過學(xué)習(xí)體會提高機(jī)械效率對節(jié)約能源和促進(jìn)社會發(fā)展的重要意義。1.機(jī)械效率的計算（重點(diǎn)）2.有用功和額外功的識別（難點(diǎn)）1.為了達(dá)到某一目的必須要做的功，叫做有用功，用W有表示；利用機(jī)械時，人們不得不額外做的功，叫做額外功，用W額表示；有用功與額外功的和為總功，用W總表示。W總＝W有＋W額。2.科學(xué)上把有用功跟總功的比值叫做機(jī)械效率，η=3.提高機(jī)械效率的方法：增加有用功，如在機(jī)械能承受的范圍內(nèi)增加每次提起重物的重力；減小額外功，如改進(jìn)結(jié)構(gòu)使機(jī)械更合理、更輕巧，盡量減小摩擦力等。4.斜面的機(jī)械效率為η5.粗糙程度相同的斜面，斜面傾斜程度越大，斜面的機(jī)械效率越高。若斜面光滑無摩擦，則無額外功，有用功等于總功。采用如圖兩種方法將重力為5N的物塊提升1m，拉力所做的功相同嗎？不相同，直接提升重物只需要克服物塊重力做功，用動滑輪提升重物不僅需要克服物塊重力做功，還需要克服滑輪與繩子摩擦力做功、克服動滑輪重力做功。機(jī)械存在效率的問題?。。∫?、機(jī)械效率機(jī)械的使用雖然給人們的工作帶來許多方便，但是如果從功和能的角度進(jìn)行分析，卻會發(fā)現(xiàn)在使用機(jī)械時，我們做了一些并不希望做的功。為了衡量機(jī)械的性能，我們需要了解什么是機(jī)械效率。那么怎樣區(qū)分哪些是必須做的功，哪些是不需要但不得不做的功呢？如圖所示，利用動滑輪把重為G1的物體提升h高度人們提升重物過程中必須要做的功叫做有用功如圖做的有用功是：W＝G1h有用功與人們的目的一致，我們是為了將物體提升到某一高度，那么克服物體重力做的功就是有用功。除了有用功之外不得不做的功均屬于額外功，如圖所示，你能指出額外功有哪些嗎？克服動滑輪重力做的功克服摩擦做的功這部分功并非我們需要但又不得不額外做的功利用機(jī)械時，人們不得不額外做的功叫做額外功。人的拉力F（動力）對動滑輪（機(jī)械）所做的功，叫做總功。在實(shí)際使用機(jī)械做功時，總功等于有用功和額外功之和，即：W不論使用哪種機(jī)械，都會出現(xiàn)額外功，因此：使用任何機(jī)械都不能省功（功的原理）注意事項①明確工作目的，為了達(dá)到某一目的必須要做的功就是有用功。豎直拉物體，克服物體重力做的功就是有用功：W有橫拉物體，克服摩擦力做的功就是有用功：W有②注意特殊條件，如忽略摩擦或動滑輪重力等條件，若無特殊條件，額外功一般為克服機(jī)械自重做功、克服機(jī)械間的摩擦做功。③總功的求法：W總=W（注意：F是人施加的力，s是力的作用點(diǎn)通過的距離）思考與討論（1）在用動滑輪提升重物的過程中，有哪些額外功？你希望額外功大一些還是小一些？額外功包括克服動滑輪重力做的功、克服摩擦力所做的功、克服繩子重力所做的功。額外功并不是我們需要的功，因此額外功越小越好。（2）請從功是能量轉(zhuǎn)化的量度的角度，對有用功、額外功和總功進(jìn)行分析。怎樣描述機(jī)械工作時能量的利用率？有用功在總功中所占的比例就是機(jī)械工作時能量的利用率機(jī)械效率概念：科學(xué)上把有用功跟總功的比值叫做機(jī)械效率（η）。計算公式：若用W總表示總功，W有用表示有用功，η表示機(jī)械效率（η為希臘字母，漢語拼音讀做yita。機(jī)械效率習(xí)慣上用百分比表示。）那么：η意義：使用機(jī)械做功時，有用功在總功中所占的比例越大，說明利用機(jī)械工作的效率就越高，或者說機(jī)械工作時能量的利用率越高。機(jī)械效率是表示機(jī)械性能的一項重要指標(biāo)。一般的滑輪組的機(jī)械效率為50%~70%，起重機(jī)的機(jī)械效率是40%~50%，抽水機(jī)的機(jī)械效率為60%~80%。在使用機(jī)械時，總是盡可能減小額外功以提高機(jī)械效率。提高機(jī)械設(shè)備的機(jī)械效率有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。思考與討論機(jī)械功率與機(jī)械效率有什么區(qū)別？機(jī)械效率與功率間沒有必然的聯(lián)系。功率是表示做功快慢的物理量，而機(jī)械效率則表示機(jī)械對總功的利用率。功率大的機(jī)器，效率不一定高。比如內(nèi)燃機(jī)車功率高達(dá)數(shù)萬瓦特，但效率卻只有30%~40%，而電動玩具車功率只有幾瓦特，但效率卻可達(dá)80%。二、斜面你是否看到過如圖所示的搬運(yùn)貨物的情景？斜放的平板構(gòu)成了一個斜面，斜面也是一種簡單機(jī)械，利用它可以更省力地將貨物從低處搬運(yùn)到高處。斜面作為一種簡單機(jī)械，使用時也同樣存在著一個效率高低的問題?；顒樱?）如圖所示，將1塊長木板的一端墊高，構(gòu)成一個斜面，用刻度尺測出斜面的長s和斜面的高度h。（2）用彈簧測力計測出小車的重力。（3）用彈簧測力計沿著斜面把小車從斜面底端勻速拉到頂端，讀出彈簧測力計的讀數(shù)。（4）改變斜面的傾斜程度，重復(fù)上述步驟2次。（5）將測量結(jié)果記錄在下面的表格中。數(shù)據(jù)記錄與計算斜面的傾斜程度小車重力G（牛）斜面高度h（米）沿斜面拉力F（牛）斜面長s（米）有用功W有用（焦）總功W總（焦）機(jī)械效率η較緩100.2412450%較陡100.4614667%最陡100.6816875%計算過程（以第1行數(shù)據(jù)為例）有用功=Gh=10N×0.2m=2J總功=Fs=4N×1m=4J機(jī)械效率=2J由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，你得出什么結(jié)論？對光滑程度相同的斜面，斜面的傾斜程度越大，斜面的機(jī)械效率越高。思考與討論你能分析一下為什么斜面傾斜度越大，機(jī)械效率越高嗎？斜面的有用功是克服物體重力做功；額外功是克服斜面和物體之間的摩擦力做的功；斜面的傾斜程度越大，物體對斜面的壓力越小，則摩擦力越小，所以額外功越小，有用功的占比越大，即機(jī)械效率越大。斜面計算公式W有WWη求摩擦力的方法Wfs=f=課堂小結(jié)：1.關(guān)于機(jī)械效率，下列說法正確的是（）A.機(jī)械效率越大，越省力B.機(jī)械效率越大，做功越多C.機(jī)械效率越大，功率越大D.機(jī)械效率越大，額外功在總功中所占的比例越小【答案】D【解析】A.機(jī)械效率是指有用功與總功的比值，其大小與機(jī)械的省力情況沒有關(guān)系，故A錯誤；B.機(jī)械效率越大，則有用功在總功中所占的比例越大，與機(jī)械做功的多少沒有關(guān)系，故B錯誤；C.機(jī)械效率反映有用功在總功中占比大小，功率表示機(jī)械做功的快慢，兩者無關(guān)，故C錯誤；D.由公式η=W有故選D。2．如圖所示，物體A的重力為180N，物體B的重力為10N。物體A受到一個水平向右的拉力F，拉力F的功率為30W，在拉力F的作用下，物體B在2s內(nèi)勻速上升4m。不計滑輪、繩子的自重及它們之間的摩擦，下列說法正確的是（）A．拉力F大小為20NB．該裝置的機(jī)械效率為66.7%C．拉力F做的功等于物體B克服重力做的功D．物體A向右做勻速直線運(yùn)動的速度為4m/s【答案】B【詳解】A．由圖可知n=2，繩子自由端（物體B）移動的距離sB=2sA，則物體A移動的距離為：sA=12，sB=12×4m=2m，由C．克服物體B重力做的有用功為：W有=GBsB=10N×4m=40J<60JB．該裝置的機(jī)械效率為：η=W有WD．物體A速度為：vA=s故選B。3．搬運(yùn)工人為了將笨重的物體裝進(jìn)汽車車廂，常使用如圖所示的裝置把物體從斜面底端勻速推上頂端，已知斜面長5m，高2m，物體重1000N，沿斜面向上的推力為500N，則下列判定正確的是（）A．斜面是一種可以省功的機(jī)械B．物體上升高度越高機(jī)械效率越大C．斜面的機(jī)械效率為85%D．物體受到斜面的摩擦力為100N【答案】D【詳解】A．根據(jù)功的原理可知，使用任何機(jī)械都不省功，故A錯誤；B．設(shè)斜面的傾角為θ，斜面的機(jī)械效率η=W有用WC．克服物體重力所做的有用功W有用=Gh=1000N×2m=2000J推力做的總功W總=Fs=500N×5m=2500J故斜面的機(jī)械效率η=故C錯誤；D．克服物體受到的摩擦力做的額外功W額=W總W有用=2500J2000J=500J由W額=fs得物體受到的摩擦力f=故D正確。故選D。4．如表是李明用如圖所示裝置探究斜面機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)次數(shù)物塊重力G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面長s/m機(jī)械效率/η140.32160%280.3413120.36160%480.45164%580.55.6171.4%（1）在第2次實(shí)驗(yàn)中，斜面的機(jī)械效率為，物塊與斜面間的摩擦力為N。（2）分析表中1、2、3三組數(shù)據(jù)可知，當(dāng)斜面粗糙程度和傾斜程度不變時，沿斜面向上均勻拉動不同重力的物體，機(jī)械效率（填“變大”、“變小”或“不變”）。（3）由實(shí)驗(yàn)三組數(shù)據(jù)可知，在斜面粗糙程度相同時，斜面越陡，機(jī)械效率越高?！敬鸢浮浚?）60%1.6（2）不變（3）2、4、5【詳解】（1）[1]第2次實(shí)驗(yàn)中，斜面的機(jī)械效率為η=[2]克服摩擦做的功為W物塊與斜面間的摩擦力為f=（2）分析表中1、2、3三組數(shù)據(jù)可知，斜面粗糙程度和傾斜程度不變時，改變物體的重力，斜面的機(jī)械效率不變。（3）在實(shí)驗(yàn)2、4、5中，物塊的重力都是8N，但斜面長相同而高度不同，說明斜面傾斜角度不同，因此這三次實(shí)驗(yàn)是探究機(jī)械效率與斜面傾斜角度的關(guān)系；比較三次的機(jī)械效率可知，在斜面粗糙程度相同時，斜面越陡，機(jī)械效率越高?！敬鸢浮?6062.5％【詳解】[1]由圖得n=2物體移動的距離為s=拉力移動的距離為s拉力做的功為W整個過程中工人做功的功率為P=[2]滑輪組做的有用功為W整個裝置的機(jī)械效率為η=6．工人把重1200N的物體沿著長L=5m、高h(yuǎn)=1m的斜面從底部勻速拉上斜面的頂端，沿斜面所用的拉力為300N（不計空氣阻力）。求