第4節(jié)簡單機械第4課時（導學案）

m學習目標

科學觀念：能正確判斷有用功、額外功和總功，知道機械效率的公式及計算；知道斜面是一種簡單機械。

科學思維：經歷從具體到抽象的研究過程，學會比較。會應用公式進行簡單計算。

探究實踐：在探究滑輪組機械效率中，分析總結簡單機械的效率。

態(tài)度責任：學會合作和交流，體驗成功探究帶來的樂趣，感悟生活中處處有科學。通過學習體會提高機械

效率對節(jié)約能源和促進社會發(fā)展的重要意義。

重點難點

i.機械效率的計算（重點）

2.有用功和額外功的識別（難點）

課前預習

1.為了達到某一目的必須要做的功,叫做有用功，用W行表示；利用機械時，人們不得不額外做的功,叫做

額外功，用”“表示；有用功與額外功的和為總功，用w◎表示。、總=上也更。

w

2.科學.卜.把有用功跟總功的比值叫做機械效率,nx100%

3.提高機械效率的方法：增加有用功，如在機械能承受的范圍內增加每次提起重物的重力；減小額外功，

如改進結構使機械更合理、更輕巧，盡量減小摩擦力等。

4.斜面的機械效率為，=?x100%=100%

FT

5.粗糙程度相同的斜面，斜面傾斜程度越大，斜面的機械效率越高。若斜面光滑無摩擦，則無額外功,有

用功等于總功。

課堂探究

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。

機械存在效率的問題！??！

一、機械效率

機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行分析?，卻會發(fā)現(xiàn)在使用機

械時，我們做了一些并不希望做的功。為了衡最機械的性能，我們需要了解什么是機械效率。

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GI的物體提升h高度

L一空:

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=Gih

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（機械）所做的功，叫做總功。

在實際使用機械做功時，總功等于有用功和額外功之和，即：

卬總=叫有+卬顏

不論使用哪種機械，都會出現(xiàn)額外功，因此：

使用任何機械都不能省功（功的原理）

注意事項

①明確工作目的，為了達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尸Gh；

橫拉物體，克服摩擦力做的功就是有用功：W）=/s；

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械自重做功、克

服機械間的摩擦做功。

③總功的求法：W*=W有+W額、W,;=Fs

（注意：F是人施加的力，s是力的作用點通過的距離）

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？

額外功包拈克服動涓輪重力做的功、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）請從功是能量轉化的量度的角度，對有用功、額外功和總功進行分析。怎樣描述機械工作時能量的利

用率？

有用功在總功中所占的比例就是機械工作時能量的利用率

機械效率

概念：科學上把有用功跟總功的匕值叫做機械效率（n）。

計算公式：若用w總表示總功，w有用表示有用功，n表示機械效率（n為希臘字母，漢語拼音讀做yitao

機械效率習慣上用百分比表示。）那么：

訓有用

>7=x100%

意義：使用機械做功時，有用功在總功中所占的比例越大，說明利用機械工作的效率就越高，或者說機械

工作時能量的利用率越高。

機械效率是表示機械性能的?項重要指標。?般的滑輪組的機械效率為50%~70%,起重機的機械效率

是40%~50%,抽水機的機械效率為60%?80%。在使用機械時，總是盡可能減小額外功以提高機械效率。

提高機械設備的機械效率有著重要的現(xiàn)實意義。

思考與討論

機械功率與機械效率有什么區(qū)別？

機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，而機械效率則表示機械對總功的利用率。

功率大的機器，效率不?定高。比如內燃機車功率高達數(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80%。

二、斜面

你是否看到過如圖所示的搬運貨物的情景？

斜放的平板構成了一個斜面，斜面也是一種簡單機械，利用它可以更省力地將貨物從低處搬運到高處。

斜面作為一種簡單機械，使用時也同樣存在著一個效率高低的問題。

活動

（1）如圖所示，將1塊長木板的一端墊高，構成一個斜面，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，：賣出彈簧測力計的讀數(shù)。

（4）改變斜面的傾斜程度，重復上述步驟2次。

（5）將測量結果記錄在下面的表格中。

數(shù)據記錄與計算

小車重總功

斜面的傾斜面高度h沿斜面拉力F斜面長s有用功W有用機械效

力GW總

斜程度（米）（牛）（米）（焦）率n

（牛）（焦）

較緩100.2412450%

較陡100.4614667%

最陡100.6816875%

計算過程（以第1行數(shù)據為例）

有用功=Gh=10NxQ.2m=2J

總功=Fs=4Nxlm二4J

機械效率=^x100%=50%

由實驗數(shù)據，你得出什么結論？

對光滑程度相同的斜面，斜面的傾斜程度越大，斜面的機械效率越高。

思考與討論

你偉分析一下為什么斜面傾斜度越大，機械效率越高嗎？

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，物體時斜面的壓力越小，則摩擦力越小，所以額外功越小，有用功的占比越大，即

機械效率越大。

斜面計算公式

Wf1.=Gh

5=Fs

唳=小

小"八Gh

r]=—^x100%=—x100%

求摩擦力的方法

課堂小結:

1.關于機械效率，下列說法正確的是（

A.機械效率越大，越省力

B.機械效率越大，做功越多

C.機械效率越大，功率越大

D.機械效率越大，額外功在總功中所占的比例越小

【答案】D

【解析】A.機械效率是指有用功與總功的比值，其大小與機械的省力情況沒有關系，故A錯誤；

B.機械效率越大，則有用功在總功中所占的比例越大，與機械做功的多少沒有關系，故B錯誤；

C.機械效率反映有用功在總功中占比大小，功率表示機械做力的快慢，兩者無關，故C錯誤；

D.由公式記篙荷x100%可知，機械效率越大，有用功在總功中占比越大，則額外功在總功中占

比越小，故D正確。

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,拉力尸

的功率為30W,在拉力〃的作用下，物體B在2s內勻速上升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20N

B.該裝置的機械效率為66.7%

C.拉力F做的功等十物體B克服重力做的功

D.物體A向右做勻速直線運動的速度為4m/s

【答案】B

【詳解】A.由圖可知〃=2,繩子自由端（物體B）移動的距離立=2SA，則物體A移動的距離為：S.二：,

s=1x4m=2m,由p可知，拉力尸做的總功為：IV點=「總￡=30Wx2s=60/,〃息=95.可

B2t

知，拉力為：F=—=^=3U/V,故A錯誤；

SA2m

C.克服物體B重力做的有用功為：=GBSB=IONx4m=40/<60/,即拉力〃做的功大于克服

物體B重力做的功，故C錯誤：

B.該裝置的機械效率為：x100%=x100%?66.7%,故B正確；

D.物體A速度為：以=?=里=1舊故D錯誤。

C2s

故選B。

3.搬運工人為了將笨重的物體裝進汽車車廂，常使用如圖所示（1勺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械

B.物體上升高度越高機械效率越大

C.斜面的機械效率為85%

D.物體受到斜面的摩擦力為l（X）N

【答案】D

【詳解】A.根據功的原理可知，使用任何機械都不省功，故A錯誤：

B.設斜面的傾角為G,斜面的機械效率4=詈=詈=GFsin。,可知斜面機械效率與上升的高度無關,

%Fs

故B錯誤：

C.克服物體重力所做的有用功W分尸G/EOOONx2m=2000J

推力做的總功W聲八二5OONx5m=2500J

故斜面的機械效率4=詈=黑*I。。％=80%

故C錯誤；

D.克服物體受到的摩擦力做的額外功卬后卬制=25OOJ2OOOJ=5OOJ

由W^=fs得物體受到的摩擦力/=1=駟=IOON

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械效率的實驗數(shù)據。

實驗次數(shù)物塊重力G限斜面高度fi/m沿斜面拉力FN斜面長s/m機械效率/n

140.32160%

280.341

3120.36160%

480.45164%

580.55.6171.4%

（1）在第2次實驗中，斜面的機械效率為,物決與斜面間的摩擦力為r

（2）分析表中1、2、3三組數(shù)據可知，當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，機械效率（填“變大”、“變小”或“不變”）。

（3）由實驗三組數(shù)據可知，在斜面粗糙程度相同時，斜面越陡，機械效率越高。

【答案】（1）60%1.6

（2）不變

（3）2、4、5

【詳解】⑴山第2次實驗中，斜面的機械效率為。=白=答=喘需=60%

［2］克服摩擦做的功為皿座=-W^=Fs-Gh=4/Vxlm-8/Vx0.3m=1.6/

物塊與斜面間的摩擦力為f=*=%=1.6N

7s1m

（2）分析表中1、2、3三組數(shù)據可知，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

械效率不變。

（3）在實驗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，

因此這三次實驗是探究機械效率與斜面傾斜角度的關系；比較三次的機械效率可知，在斜面粗糙程度相同

時，斜面越陳，機械效率越高。

【答案】16062.5%

【詳解】［1］由圖得九=2

物體移動的距離為s=—=竽=4m

2

拉力移動的距離為s=ns=2x47n=8m

拉力做的功為勿總=Fs'=400/Vx