第3节机械效率全国优秀课堂实录

地区： 甘肃省 - 平凉市 - 静宁县

学校：静宁县城关初级中学

第3节　机械效率 初中物理       人教2011课标版

设计意图

导入新课

（5分钟）

小明家最近买了一处新楼房，家在三楼。想把洗手间、厨房装修一下，需把沙子运到三楼。请同学们根据需要，选择器械帮助小明家解决这个问题，看看哪个小组选的办法最好？

图1

如图1所示的三种方法供参考：第1种是人直接提着沙子上楼；第2种是把沙子放进桶里，人通过动滑轮把沙子拉上楼；第3种是把沙子放进质量较小的袋子里，人通过动滑轮把沙子拉上楼。

请学生发表自己的见解，提出各种方案。并对各个方案进行讨论，比较优缺点。

经过讨论明确第一种方法太不方便。第三种方法最 好，因为它比第二种方法用的力小。提升相同高度做的功少。

创设真实的情景，容易激发学生兴趣，顺利进入教学。

通过讨论，为下面学习有用功与额外功做好铺垫。

新课教学

（30分钟）

一、有用功和额外功

结合用动滑轮提升沙子，请同学们观看提沙子过程的视频。思考：

1．在把沙子从一楼运上三楼的过程中，每种方法中各对哪些物体做了功？

2．无论他采取哪种方法都必须做的功是他对什么做的功？

3．在几种不同的方法中他不愿做但又不得不做的功分别是什么？

板书：一般来说，机械对外所做的功为有用功，机械克服自身部件的重力和摩擦力所做的功为额外功，动力对机械所做的功为总功。

总功等于有用功与额外功之和。

指出：前面实验中，第三种方法最 好，因为第三种方法做的额外功最少，总功最少。

讨论：不使用机械直接提升物体做的功，与使用机械提升物体做的功一样吗？（手拉绳做的功与动滑轮对沙子做的功相等吗？）怎样探究这个问题？

1．设计实验方案：用手通过一只弹簧测力计拉一个动滑轮，沿竖直方向匀速缓慢提起重为G的钩码。

2．为了探究上述问题需要测量的物理量是：手对绳的拉力F、手移动的距离s、钩码的重力、钩码上升的高度h。

3．改变钩码的数量，重复上述测量。

4．设计表格，将实验数据填入表中。

次数

手的拉力F/N

手移动距离s/m

钩码重G/N

钩码上升高度h/m

1

2

3

5．分析实验数据：

（1）手拉绳所做的功与动滑轮拉钩码所做的功是否相等？

（2）哪一个做的功多一些？

（3）你认为产生这一现象的原因是什么？

进一步思考并回答。

边实验边填表。

分析实验误差，指出要使重物重一些，误差就会小一些。

（1）不相等

（2）手拉绳做的功多

（3）有摩擦，在提起重物时还要提起动滑轮。

进一步理解有用功和额外功。并会测量有用功和总功。

二、机械效率

工作中，我们总是 希望额外功越少越好；也就是有用功在总功中所 占的比例越大越好。在物理学中，用机械效率表示有用功在总功中所占的比例。

计算公式：  

三者之间的关系：

注意：对于实际机械，由于总是有额外功存在，η＜1。

组织学生讨论：

1.机械效率有单位吗？

2．为什么机械效率没有大于1的？

3．用小数和百分数来表达机械效率，你认为那种表达更好？

通过多媒体展示例题：

利用如图2所示的滑轮组，在F=80N的拉力作用下,将一个重为180N的物体匀速举高1m，绳重、摩擦不计。

求：总功、有用功、额外功和滑轮组的机械效率。

图2

（1）组织学生分析、讨论、计算

（2）展示学生解题过程

（3）总结、评价

如何测量滑轮组的机械效率：

1．实验原理：

2．器材：刻度尺、钩码、弹簧测力计、铁架台、甲、乙两个滑轮组、长约2m的细绳。

3．步骤：

①用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格。

②分别记下钩码和弹簧测力计的位置。

③缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s，将这三个量填入表格。

④算出有用功W有用、总功 W总功、机械效率η并填入表格。

实验次数

G  (N)

h(m)

W有用（J）

F (N)

s (m)

W总（J）

η

1

2

3

4

结论：

1．动滑轮重一定,物重越大，机械效率高。

2．物重一定，动滑轮越重，机械效率低。

讨论：如何提高滑轮组的机械效率？

讨论后得出：

提高滑轮组的机械效率的主要方法有：尽可能地增加物重，减小动滑轮重，减轻绳重和滑轮转轴处的摩擦。

经过讨论回答：机械效率没有单位， 总小于1，用百分数表示。

意在练习机械效率公式的应用、使学生加深认识有用功、额外功和总功的概念。

学生动手实验

理论联系实际，培养学生将科学知识应用于日常生活和社会实践的意识。

锻炼分析实际问题的能力。

通过交流与合作，培养学生团结合作精神。

课堂小结

（5分钟）

让学生分组讨论，总结本节学到了什么知识，有哪些收获？

学生自己归纳总结，分小组发言，教师对学生归纳发言较好的给予表扬，并指出其中的不足。

让学生有表现自我的机会，并且发现学习过程中出现的问题。

《机械效率》同步测试

江苏省丰县初级中学　刘庆贺

一、选择题

1．关于机械效率，下面说法正确的是（　　）

A．功率越大的机械，机械效率越高

B．机械效率越高的机械越省力

C．机械效率越低的机械，做的功就越少

D．由于有用功总小于总功，机械效率总小于1

答案：D

解析：功率是单位时间内做的功，表示的是做功的快慢，机械效率是指有用功与总功的比值，两者没有必然的联系，故A说法不正确。机械效率高说明有用功与总功的比值大，与机械省不省力无关，故B说法不正确。机械效率是指有用功与总功的比值，机械效率越低，有用功与总功的比值小，不能说明做的功越少，故C说法不正确。使用任何机械，除了做有用功外，都不可避免地要做额外功，所以有用功总小于总功，机械效率是指有用功与总功的比值，所以机械效率总小于1，故D说法正确。

2．下列叙述中能够提高机械效率的是（　　）

A．增加有用功

B．减小机械间的摩擦

C．减小总功

D．使用最省力的机械

答案：B

解析：只有在总功不变的情况下，增加有用功才会提高机械效率，只说增加有用功的说法不够严密，故A错；减小机械间的摩擦可以有效地减小额外功，是可行的办法，故B正确；在有用功不变的情况下，减小总功可以提高机械效率，但只说减小总功的说法不够严密，故C错；使用最省力的机械只能说明其省力，但不能说明其额外功的情况，有时甚至额外功会更大，故D错。

3．（2013年枣庄中考题）甲吊车比乙吊车的机械效率高，当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时，则（　　）

A．甲吊车的电动机做的有用功较多  

B．乙吊车的电动机做的额外功较多

C．甲吊车的电动机做的总功较多    

D．甲、乙两吊车的电动机做的总功相同

答案：B

解析：甲吊车的机械效率比乙吊车的机械效率高，说明甲吊车所做的有用功在总功中占的比值比乙吊车大；把相同质量的物体提高相同的高度，根据公式W有用=Gh=mgh可知：两辆吊车所做的有用功相同；机械效率不同，是因为做的额外功不同，导致总功不同。

4．有一人用同一滑轮组分别将重1000N和2000N的物体匀速提升5m，动滑轮重200N，不计绳重和摩擦，则上述两种情况中错误的说法是（　　）

A．滑轮组的机械效率不相等     

B．人做的额外功相等

C．人做的总功相等             

D．绳子自由端移动的距离相等

答案：C

解析：不计绳重和摩擦也就是说只考虑动滑轮的重，克服动滑轮的重力做的功就是额外功，用同一滑轮组说明两次所用的是一个动滑轮，所以两次做的额外功是相等的，拉2000N的物体时做的有用功当然多，有用功在总功所占的比例就越大，机械效率就高。同一个滑轮组，绳子股数是相同的，物体上升的高度都是5m，所以绳子自由端移动的距离都等于物体上升高度的n倍。

5．（2013年南通中考题）如图1所示，用手沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在下面重为G的物体缓慢上升，动滑轮的重力不可忽略，现改变物体的重力G，则动滑轮的机械效率η与物体重力G的关系可能符合图2中的（　　）

图1

A．

B．

C．

D．

图2

答案：B

解析：从题可知，动滑轮的重力不可忽略，则克服动滑轮的重力所做的功为额外功（绳重和摩擦产生的额外功较小，此处可不考虑）。机械效率公式可进一步推导： 。

可以看出，随着物体的重力G增大，机械效率公式中的分母越小，所以机械效率η增大。因为机械效率η与物体的重力G不是正比例函数关系，所以不可能是图A。

6．（2013年武汉中考题）如图3所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为300N的物体，拉力F的大小为30N。若物体和地面之间的摩擦力大小为45N，则A处的拉力大小和滑轮组的机械效率分别为（　　）

A．45N、50%   B．45N、75%      C．60N、50%      D．60N、75%

图3

答案：B

解析：①物体在水平地面上做匀速运动，则此时A处绳子的拉力与物体与地面之间的摩擦力是一对平衡力，即A处的拉力大小为FA=f=45N。②本题中，拉力F所做的功为总功，克服物体摩擦力所做的功为有用功。从图可知，有2段绳子与动滑轮相连，则绳子自由端移动距离S=2S物，滑轮组的机械效率为 。

7．如图4所示，用相同的滑轮不同的绕法提起相同的重物，摩擦力可以忽略不计，在物体匀速上升的过程中（　　）

A．甲图省力，机械效率甲图大    B．甲图省力，机械效率一样大

C．乙图省力，机械效率乙图大    D．乙图省力，机械效率一样大

图4

答案：B

解析：（1）分析左图滑轮组的结构，得出承担物重的绳子股数n=3。分析右图可知承担物重的绳子股数n=2。因摩擦力可以忽略不计，根据 ，所以甲图省力。（2）假设两种情况下把物体提示相同的高度，则两种情况下有用功相同，根据W总=W有用+W额外，要比较二者的机械效率，只要比较额外功即可。在摩擦力忽略不计时，额外功就等于提升动滑轮做的功。由于动滑轮和提升高度相同，所以额外功相同，故机械效率相同。

二、填空和计算题

8．如图5所示，在测定杠杆机械效率的实验中，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在杠杆OB下面的物块缓慢上升至虚线位置，测力计的示数F为　   　N，测力计上升的高度s为0．2m．物块重G为1．5N，物块上升的高度h为0．3m，则杠杆的机械效率为　      　%，使用该杠杆做额外功的一个原因是　                　。

答案：2．5   90%   使用该杠杆做额外功的一个原因是克服杠杆转动时的摩擦做功（或克服杠杆自重做功）。

解析：（1）对弹簧测力计进行读数时，需看清弹簧测力计的分度值，然后根据指针位置进行读数，弹簧测力计的分度值是0．1N，读数是：2．5N。（2）在实验中，弹簧测力计向上拉力做的功是总功，克服钩码重力做的功是有用功。因为杠杆自身有重力，提升物体的同时也要提升杠杆，即克服杠杆自重做功，就有了额外功。同时杠杆绕支点转动时也要克服摩擦力做功。

（3）使用该杠杆做额外功的一个原因是克服杠杆转动时的摩擦做功（或克服杠杆自重做功）。

9．建筑工地上，工人用如图6所示的装置将重为230N的建材从地面匀速送到6ｍ 高处，所用 拉力为125N，时间为20s。求：（1）工人做的有用功；（2）工人做的总功；（3）此过程中该装置的机械效率；（4）工人做功的功率。

第3节　机械效率

第3节　机械效率

设计意图

导入新课

（5分钟）

小明家最近买了一处新楼房，家在三楼。想把洗手间、厨房装修一下，需把沙子运到三楼。请同学们根据需要，选择器械帮助小明家解决这个问题，看看哪个小组选的办法最好？

图1

如图1所示的三种方法供参考：第1种是人直接提着沙子上楼；第2种是把沙子放进桶里，人通过动滑轮把沙子拉上楼；第3种是把沙子放进质量较小的袋子里，人通过动滑轮把沙子拉上楼。

请学生发表自己的见解，提出各种方案。并对各个方案进行讨论，比较优缺点。

经过讨论明确第一种方法太不方便。第三种方法最 好，因为它比第二种方法用的力小。提升相同高度做的功少。

创设真实的情景，容易激发学生兴趣，顺利进入教学。

通过讨论，为下面学习有用功与额外功做好铺垫。

新课教学

（30分钟）

一、有用功和额外功

结合用动滑轮提升沙子，请同学们观看提沙子过程的视频。思考：

1．在把沙子从一楼运上三楼的过程中，每种方法中各对哪些物体做了功？

2．无论他采取哪种方法都必须做的功是他对什么做的功？

3．在几种不同的方法中他不愿做但又不得不做的功分别是什么？

板书：一般来说，机械对外所做的功为有用功，机械克服自身部件的重力和摩擦力所做的功为额外功，动力对机械所做的功为总功。

总功等于有用功与额外功之和。

指出：前面实验中，第三种方法最 好，因为第三种方法做的额外功最少，总功最少。

讨论：不使用机械直接提升物体做的功，与使用机械提升物体做的功一样吗？（手拉绳做的功与动滑轮对沙子做的功相等吗？）怎样探究这个问题？

1．设计实验方案：用手通过一只弹簧测力计拉一个动滑轮，沿竖直方向匀速缓慢提起重为G的钩码。

2．为了探究上述问题需要测量的物理量是：手对绳的拉力F、手移动的距离s、钩码的重力、钩码上升的高度h。

3．改变钩码的数量，重复上述测量。

4．设计表格，将实验数据填入表中。

次数

手的拉力F/N

手移动距离s/m

钩码重G/N

钩码上升高度h/m

1

2

3

5．分析实验数据：

（1）手拉绳所做的功与动滑轮拉钩码所做的功是否相等？

（2）哪一个做的功多一些？

（3）你认为产生这一现象的原因是什么？

进一步思考并回答。

边实验边填表。

分析实验误差，指出要使重物重一些，误差就会小一些。

（1）不相等

（2）手拉绳做的功多

（3）有摩擦，在提起重物时还要提起动滑轮。

进一步理解有用功和额外功。并会测量有用功和总功。

二、机械效率

工作中，我们总是 希望额外功越少越好；也就是有用功在总功中所 占的比例越大越好。在物理学中，用机械效率表示有用功在总功中所占的比例。

计算公式：  

三者之间的关系：

注意：对于实际机械，由于总是有额外功存在，η＜1。

组织学生讨论：

1.机械效率有单位吗？

2．为什么机械效率没有大于1的？

3．用小数和百分数来表达机械效率，你认为那种表达更好？

通过多媒体展示例题：

利用如图2所示的滑轮组，在F=80N的拉力作用下,将一个重为180N的物体匀速举高1m，绳重、摩擦不计。

求：总功、有用功、额外功和滑轮组的机械效率。

图2

（1）组织学生分析、讨论、计算

（2）展示学生解题过程

（3）总结、评价

如何测量滑轮组的机械效率：

1．实验原理：

2．器材：刻度尺、钩码、弹簧测力计、铁架台、甲、乙两个滑轮组、长约2m的细绳。

3．步骤：

①用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格。

②分别记下钩码和弹簧测力计的位置。

③缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s，将这三个量填入表格。

④算出有用功W有用、总功 W总功、机械效率η并填入表格。

实验次数

G  (N)

h(m)

W有用（J）

F (N)

s (m)

W总（J）

η

1

2

3

4

结论：

1．动滑轮重一定,物重越大，机械效率高。

2．物重一定，动滑轮越重，机械效率低。

讨论：如何提高滑轮组的机械效率？

讨论后得出：

提高滑轮组的机械效率的主要方法有：尽可能地增加物重，减小动滑轮重，减轻绳重和滑轮转轴处的摩擦。

经过讨论回答：机械效率没有单位， 总小于1，用百分数表示。

意在练习机械效率公式的应用、使学生加深认识有用功、额外功和总功的概念。

学生动手实验

理论联系实际，培养学生将科学知识应用于日常生活和社会实践的意识。

锻炼分析实际问题的能力。

通过交流与合作，培养学生团结合作精神。

课堂小结

（5分钟）

让学生分组讨论，总结本节学到了什么知识，有哪些收获？

学生自己归纳总结，分小组发言，教师对学生归纳发言较好的给予表扬，并指出其中的不足。

让学生有表现自我的机会，并且发现学习过程中出现的问题。

《机械效率》同步测试

江苏省丰县初级中学　刘庆贺

一、选择题

1．关于机械效率，下面说法正确的是（　　）

A．功率越大的机械，机械效率越高

B．机械效率越高的机械越省力

C．机械效率越低的机械，做的功就越少

D．由于有用功总小于总功，机械效率总小于1

答案：D

解析：功率是单位时间内做的功，表示的是做功的快慢，机械效率是指有用功与总功的比值，两者没有必然的联系，故A说法不正确。机械效率高说明有用功与总功的比值大，与机械省不省力无关，故B说法不正确。机械效率是指有用功与总功的比值，机械效率越低，有用功与总功的比值小，不能说明做的功越少，故C说法不正确。使用任何机械，除了做有用功外，都不可避免地要做额外功，所以有用功总小于总功，机械效率是指有用功与总功的比值，所以机械效率总小于1，故D说法正确。

2．下列叙述中能够提高机械效率的是（　　）

A．增加有用功

B．减小机械间的摩擦

C．减小总功

D．使用最省力的机械

答案：B

解析：只有在总功不变的情况下，增加有用功才会提高机械效率，只说增加有用功的说法不够严密，故A错；减小机械间的摩擦可以有效地减小额外功，是可行的办法，故B正确；在有用功不变的情况下，减小总功可以提高机械效率，但只说减小总功的说法不够严密，故C错；使用最省力的机械只能说明其省力，但不能说明其额外功的情况，有时甚至额外功会更大，故D错。

3．（2013年枣庄中考题）甲吊车比乙吊车的机械效率高，当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时，则（　　）

A．甲吊车的电动机做的有用功较多  

B．乙吊车的电动机做的额外功较多

C．甲吊车的电动机做的总功较多    

D．甲、乙两吊车的电动机做的总功相同

答案：B

解析：甲吊车的机械效率比乙吊车的机械效率高，说明甲吊车所做的有用功在总功中占的比值比乙吊车大；把相同质量的物体提高相同的高度，根据公式W有用=Gh=mgh可知：两辆吊车所做的有用功相同；机械效率不同，是因为做的额外功不同，导致总功不同。

4．有一人用同一滑轮组分别将重1000N和2000N的物体匀速提升5m，动滑轮重200N，不计绳重和摩擦，则上述两种情况中错误的说法是（　　）

A．滑轮组的机械效率不相等     

B．人做的额外功相等

C．人做的总功相等             

D．绳子自由端移动的距离相等

答案：C

解析：不计绳重和摩擦也就是说只考虑动滑轮的重，克服动滑轮的重力做的功就是额外功，用同一滑轮组说明两次所用的是一个动滑轮，所以两次做的额外功是相等的，拉2000N的物体时做的有用功当然多，有用功在总功所占的比例就越大，机械效率就高。同一个滑轮组，绳子股数是相同的，物体上升的高度都是5m，所以绳子自由端移动的距离都等于物体上升高度的n倍。

5．（2013年南通中考题）如图1所示，用手沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在下面重为G的物体缓慢上升，动滑轮的重力不可忽略，现改变物体的重力G，则动滑轮的机械效率η与物体重力G的关系可能符合图2中的（　　）

图1

A．

B．

C．

D．

图2

答案：B

解析：从题可知，动滑轮的重力不可忽略，则克服动滑轮的重力所做的功为额外功（绳重和摩擦产生的额外功较小，此处可不考虑）。机械效率公式可进一步推导： 。

可以看出，随着物体的重力G增大，机械效率公式中的分母越小，所以机械效率η增大。因为机械效率η与物体的重力G不是正比例函数关系，所以不可能是图A。

6．（2013年武汉中考题）如图3所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为300N的物体，拉力F的大小为30N。若物体和地面之间的摩擦力大小为45N，则A处的拉力大小和滑轮组的机械效率分别为（　　）

A．45N、50%   B．45N、75%      C．60N、50%      D．60N、75%

图3

答案：B

解析：①物体在水平地面上做匀速运动，则此时A处绳子的拉力与物体与地面之间的摩擦力是一对平衡力，即A处的拉力大小为FA=f=45N。②本题中，拉力F所做的功为总功，克服物体摩擦力所做的功为有用功。从图可知，有2段绳子与动滑轮相连，则绳子自由端移动距离S=2S物，滑轮组的机械效率为 。

7．如图4所示，用相同的滑轮不同的绕法提起相同的重物，摩擦力可以忽略不计，在物体匀速上升的过程中（　　）

A．甲图省力，机械效率甲图大    B．甲图省力，机械效率一样大

C．乙图省力，机械效率乙图大    D．乙图省力，机械效率一样大

图4

答案：B

解析：（1）分析左图滑轮组的结构，得出承担物重的绳子股数n=3。分析右图可知承担物重的绳子股数n=2。因摩擦力可以忽略不计，根据 ，所以甲图省力。（2）假设两种情况下把物体提示相同的高度，则两种情况下有用功相同，根据W总=W有用+W额外，要比较二者的机械效率，只要比较额外功即可。在摩擦力忽略不计时，额外功就等于提升动滑轮做的功。由于动滑轮和提升高度相同，所以额外功相同，故机械效率相同。

二、填空和计算题

8．如图5所示，在测定杠杆机械效率的实验中，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在杠杆OB下面的物块缓慢上升至虚线位置，测力计的示数F为　   　N，测力计上升的高度s为0．2m．物块重G为1．5N，物块上升的高度h为0．3m，则杠杆的机械效率为　      　%，使用该杠杆做额外功的一个原因是　                　。

答案：2．5   90%   使用该杠杆做额外功的一个原因是克服杠杆转动时的摩擦做功（或克服杠杆自重做功）。

解析：（1）对弹簧测力计进行读数时，需看清弹簧测力计的分度值，然后根据指针位置进行读数，弹簧测力计的分度值是0．1N，读数是：2．5N。（2）在实验中，弹簧测力计向上拉力做的功是总功，克服钩码重力做的功是有用功。因为杠杆自身有重力，提升物体的同时也要提升杠杆，即克服杠杆自重做功，就有了额外功。同时杠杆绕支点转动时也要克服摩擦力做功。

（3）使用该杠杆做额外功的一个原因是克服杠杆转动时的摩擦做功（或克服杠杆自重做功）。

9．建筑工地上，工人用如图6所示的装置将重为230N的建材从地面匀速送到6ｍ 高处，所用 拉力为125N，时间为20s。求：（1）工人做的有用功；（2）工人做的总功；（3）此过程中该装置的机械效率；（4）工人做功的功率。