八年級機械效率教學設計
一、教學目標
(一)知識與技能
1.能結合實例分析什么是有用功、額外功和總功。
2.明確機械效率是描述做功效率的物理量。能利用機械效率的公式進行簡單的計算。
3.能設計實驗，測定某種簡單機械的機械效率。
(二)過程與方法
1.通過探究使用動滑輪的特點，知道使用機械就要做額外功。
2.通過實驗與討論，認識提高機械效率的主要方法。
(三)情感態(tài)度與價值觀
知道提高機械效率的實際意義和方法，有合理改進機械、提高效率的意識，增強將科學服務于人類的責任感。
二、教學重難點
本節(jié)內容由“有用功和額外功”“機械效率”兩部分構成，機械效率是本節(jié)教學的重點。教學中要通過實例分析有用功、額外功和總功，使學生真正認識機械效率的含義。測量滑輪組的機械效率是本節(jié)的難點。教學中要組織學生經(jīng)歷測量的全過程，如讓學生經(jīng)歷組裝實驗裝置、測量數(shù)據(jù)、得出結論的過程，激發(fā)學生的學習興趣，同時增加他們的實踐體驗。
重點：機械效率的概念和有關計算。
難點：測量滑輪組的機械效率。
三、教學策略
以“利用動滑輪提升重物”為背景，提出問題：動力對繩子做功等于動滑輪提升重物所做的功嗎?讓學生猜測并設計實驗來驗證自己的猜想。學生經(jīng)過數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，動力對繩子做的功總是大于動滑輪提升物體做的功。進一步分析討論，引出有用功、額外功和總功，以及它們之間的關系和效率的概念。通過理解、運用機械效率解決實際問題，認識到提高機械效率的兩種方法：減小額外功和增加有用功。在討論了怎樣提高機械效率的問題之后，把效率問題延伸到學生的學習和生活中。使學生明白只有提高學習效率才能順利完成任務。
四、教學資源準備
多媒體設備、實物投影儀、動滑輪、鉤碼、鐵架臺、彈簧測力計、刻度尺、細線等。
五、教學過程
教學環(huán)節(jié)
教師活動
學生活動
設計意圖
導入新課
（5分鐘）
小明家最近買了一處新樓房，家在三樓。想把洗手間、廚房裝修一下，需把沙子運到三樓。請同學們根據(jù)需要，選擇器械幫助小明家解決這個問題，看看哪個小組選的辦法最好？
圖1
如圖1所示的三種方法供參考：第1種是人直接提著沙子上樓；第2種是把沙子放進桶里，人通過動滑輪把沙子拉上樓；第3種是把沙子放進質量較小的袋子里，人通過動滑輪把沙子拉上樓。
請學生發(fā)表自己的見解，提出各種方案。并對各個方案進行討論，比較優(yōu)缺點。
經(jīng)過討論明確第一種方法太不方便。第三種方法最好，因為它比第二種方法用的力小。提升相同高度做的功少。
創(chuàng)設真實的情景，容易激發(fā)學生興趣，順利進入教學。
通過討論，為下面學習有用功與額外功做好鋪墊。
新課教學
（30分鐘）
一、有用功和額外功
結合用動滑輪提升沙子，請同學們觀看提沙子過程的視頻。思考：
1．在把沙子從一樓運上三樓的過程中，每種方法中各對哪些物體做了功？
2．無論他采取哪種方法都必須做的功是他對什么做的功？
3．在幾種不同的方法中他不愿做但又不得不做的功分別是什么？
板書：一般來說，機械對外所做的功為有用功，機械克服自身部件的重力和摩擦力所做的功為額外功，動力對機械所做的功為總功。
總功等于有用功與額外功之和。
指出：前面實驗中，第三種方法最好，因為第三種方法做的額外功最少，總功最少。
討論：不使用機械直接提升物體做的功，與使用機械提升物體做的功一樣嗎？（手拉繩做的功與動滑輪對沙子做的功相等嗎？）怎樣探究這個問題？
1．設計實驗方案：用手通過一只彈簧測力計拉一個動滑輪，沿豎直方向勻速緩慢提起重為G的鉤碼。
2．為了探究上述問題需要測量的物理量是：手對繩的拉力F、手移動的距離s、鉤碼的重力、鉤碼上升的高度h。
3．改變鉤碼的數(shù)量，重復上述測量。
4．設計表格，將實驗數(shù)據(jù)填入表中。
次數(shù)
手的拉力F/N
手移動距離s/m
鉤碼重G/N
鉤碼上升高度h/m
1
2
3
5．分析實驗數(shù)據(jù)：
（1）手拉繩所做的功與動滑輪拉鉤碼所做的功是否相等？
（2）哪一個做的功多一些？
（3）你認為產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是什么？
進一步思考并回答。
邊實驗邊填表。
分析實驗誤差，指出要使重物重一些，誤差就會小一些。
（1）不相等
（2）手拉繩做的功多
（3）有摩擦，在提起重物時還要提起動滑輪。
進一步理解有用功和額外功。并會測量有用功和總功。
二、機械效率
工作中，我們總是希望額外功越少越好；也就是有用功在總功中所占的比例越大越好。在物理學中，用機械效率表示有用功在總功中所占的比例。
計算公式：
三者之間的關系：
注意：對于實際機械，由于總是有額外功存在，η＜1。
組織學生討論：
1.機械效率有單位嗎？
2．為什么機械效率沒有大于1的`？
3．用小數(shù)和百分數(shù)來表達機械效率，你認為那種表達更好？
通過多媒體展示例題：
利用如圖2所示的滑輪組，在F=80N的拉力作用下,將一個重為180N的物體勻速舉高1m，繩重、摩擦不計。
求：總功、有用功、額外功和滑輪組的機械效率。
圖2
（1）組織學生分析、討論、計算
（2）展示學生解題過程
（3）總結、評價
如何測量滑輪組的機械效率：
1．實驗原理：
2．器材：刻度尺、鉤碼、彈簧測力計、鐵架臺、甲、乙兩個滑輪組、長約2m的細繩。
3．步驟：
①用彈簧測力計測量鉤碼所受的重力G并填入表格。
②分別記下鉤碼和彈簧測力計的位置。
③緩慢拉動彈簧測力計，使鉤碼升高，讀出拉力F值，用刻度尺測出鉤碼上升的高度h和彈簧測力計移動的距離s，將這三個量填入表格。
④算出有用功W有用、總功 W總功、機械效率η并填入表格。
實驗次數(shù)
G (N)
h(m)
W有用（J）
F (N)
s (m)
W總（J）
η
1
2
3
4
結論：
1．動滑輪重一定,物重越大，機械效率高。
2．物重一定，動滑輪越重，機械效率低。
討論：如何提高滑輪組的機械效率？
討論后得出：
提高滑輪組的機械效率的主要方法有：盡可能地增加物重，減小動滑輪重，減輕繩重和滑輪轉軸處的摩擦。
經(jīng)過討論回答：機械效率沒有單位， 總小于1，用百分數(shù)表示。
意在練習機械效率公式的應用、使學生加深認識有用功、額外功和總功的概念。
學生動手實驗
理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學生將科學知識應用于日常生活和社會實踐的意識。
鍛煉分析實際問題的能力。
通過交流與合作，培養(yǎng)學生團結合作精神。
課堂小結
（5分鐘）
讓學生分組討論，總結本節(jié)學到了什么知識，有哪些收獲？
學生自己歸納總結，分小組發(fā)言，教師對學生歸納發(fā)言較好的給予表揚，并指出其中的不足。
讓學生有表現(xiàn)自我的機會，并且發(fā)現(xiàn)學習過程中出現(xiàn)的問題。
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