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五、机械效率（教学设计）
年级 九年级 学科 物理 课时数 教师
课题 五、机械效率（教学设计）
1．通过实验探究，知道有用功、额外功和总功的概念及它们之间的关系。
2．知道机械效率的概念，知道机械效率的计算公式，会计算简单机械的机械效率。
教学 3．能设计实验，测量简单机械的机械效率，知道简单机械的机械效率与哪些因素有
目标 关。
4．了解一些常用机械的机械效率；了解提高机械效率的意义和途径；
5．了解斜面及其应用。
前四节学生已经学习了功、功率及简单机械特点的定性定量描述，具备了“功”的概
念及计算能力。本节课在此基础上，通过实验探究引出“有用功、额外功、总功”和“机
教材
械效率”概念，并进一步分析斜面、滑轮组等机械效率的影响因素及提高方法。本节内容
分析
是连接“功—能”与“机械能及其转化”的关键纽带，也是高中阶段首次用比值来描述机
械做功性能的重要物理量，对后续能量守恒和效率问题的学习具有承前启后的作用。
1．指出有用功、额外功、总功；
教学
2．机械效率及其计算；机械效率的影响因素；
重点
3．斜面及其综合应用。
教学 1．滑轮组、机械效率的综合应用
难点 2．斜面、机械效率的综合应用；
3．机械效率与图像问题综合等。
教学过程
教师活动 学生活动
导入新课
思考做功多
少和能量利
用效率的关
系
机械工作的过程中，是否做的功越多，能量利用的效率也越高呢？学习新课 一、有用功、额外功、总功
1．再探动滑轮
【思考与讨论】用动滑轮把木料拉上三楼时，手拉绳所做的功与动滑轮对木料做
的功相等吗?
不相等。动滑轮对木料做功：将钩码提升一定的高度。手拉绳所做功：①将钩码
提升一定的高度；②克服摩擦力做功；③克服动滑轮所受的重力做功。所以手拉绳所
做功除了包含动滑轮对木料做功外，还包含了以上②、③。
【实验步骤】
1．如图所示，用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉绳的一端，使挂在动滑轮下面的
钩码缓缓上升。测量绳受到的拉力F 、绳端移动的距离s 、钩码所受的重力G和钩
码上升的高度h。
经历探究动
2．改变钩码的数量，重复上述步骤。
滑轮做功的
3．将实验数据填入自己设计的表格中。
过程
4．分别计算手拉绳做的功和动滑轮对钩码做的功。比较两者的大小，你有什么
发现?请说明其中的原因。
【实验表格】
钩码所受 钩码上升 绳受到 绳端移动
动滑轮对钩码做 手拉绳做的
的重力 的高度 的拉力 的距离
的功W=Gh/J 功W=Fs /J
G/N h/m F/N s/m 1 2
①
②
③
【实验结论】手拉绳做的功总大于动滑轮对钩码做的功；
原因：手拉绳所做功除了包含动滑轮对钩码做的功外，还包含了克服摩擦力做
功，克服动滑轮所受的重力做功。
2．定义
在上面的活动中，将钩码提升一定的高度是我们的目的，所做的功叫作有用功，
记为W 。我们在使用动滑轮提升重物时，除需克服摩擦力做功外，还要克服动滑轮
有用
所受的重力做功，这两部分功虽然并非我们所需要的，但又不得不做，我们将它叫作额外功，记为W 。手拉绳所做的功叫作总功，记为W 。总功等于有用功与额外功 区分有用
额外 总
之和，即 功、额外
W =W +W 功、总功，
总 有用 额外
并知道三者
【举例】
的关系
有用功、额外功、总功的定义
（1）有用功：对人们有用的功；在数值上等于直接用手对物体做的功。
（2）额外功：克服机械自重和摩擦力所做的无用功，但又不得不做。
（3）总功：动力对机械所做的功
学习新课 二、机械效率
实际情况下，使用任何机械都不可避免地要做一些额外功，有用功只是总功的一
部分，有用功在总功中所占比例越大，也就是机械工作的效率越高。
知道机械效
1．机械效率
率的概念和
（1）定义：有用功与总功的比叫作机械效率。
公式
W
（2）公式：η= 有用 ×100%
W
总
（3）意义：表示机械做功时，有用功在总功中所占的比例，是机械性能的重要
指标。
（4）使用机械时，由于额外功的存在，总有W <W ，因此η<100%。
有用 总
机械效率一般用百分数表示，没有单位。
明确机械效
（5）一些机械的机械效率
率小于100%
【思考与讨论】计算“活动再探动滑轮”中不同情况下动滑轮的机械效率。你有
什么发现?
【实验结论】其他条件相同时，钩码重力越大，机械效率越高。（6）怎样才能提高机械的效率
知道如何提
高机械效率
【例1】起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m，而它的电动机所做功3.4×104
J，起重机的机械效率是多少？g取10N/kg.
例题练习，
掌握机械效
率的计算公
式
【讨论与思考】有没有机械效率为100%的机械？为什么？
1.机械效率高低只表示有用功占总功的比值大小，不能说明做有用功多少；
2.机械效率是有用功跟总功的比值，只有大小，没有单位；
3.由于额外功总是存在，有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1；
4.机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量，机械效率越高，机械性能越好；
5.机械效率高低与做功多少，功率大小，是否省力，提升高度无关。
学习新课 三、斜面及其应用 （ 生活 · 物理 · 社会 ）
【问题情境】斜面在生产、生活中应用广泛。如图（a）所示，在一些建筑物的
入口处设置了供轮椅等上下的斜坡，将轮椅沿着这种斜坡推上去比直接抬上去要省
力，这体现了社会对残障人士的人文关怀。如图（b）所示，高山上的公路修得弯弯
曲曲，宛如盘龙，也是利用了同样的道理。
1．分析杠杆和斜面的总功、有用功、额外功
通过对比杠
杆做功，知道斜面的总
功、有用
功、额外功
2．实验：测量斜面的机械效率（拓展）
【实验步骤】
1．测量木块的重力，记录数据；
2．把木块用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉；分别记录拉力F、小车沿斜面移动的
距离s、木块上升的高度h。 （拓展内
3．改变斜面的倾斜程度，重复步2。 容，供学有
4．斜面倾斜程度不变，在斜面上分别铺白布、毛巾。重复步2。 余力的学生
学习）
老师播放测定斜面的机械效率视频。
机械效率与倾斜程度的关系
【实验表格】
斜面的 斜面高 沿斜面
木块重 斜面长 有用功 总功 机械效
倾斜程 度 拉力
G/N s/m W /J W /J 率η
度 h/m F/N 有 总
较缓
分析机械效
较陡
率与斜面粗
最陡
糙程度、倾
【实验结论】斜面的粗糙程度一定，倾斜程度越大，机械效率越高。
斜程度的关
机械效率与斜面粗糙程度的关系
系
【实验表格】
小车重 拉 总功
斜面高度 斜面长 有用功 机械效率
斜面材料 力 力 W
h/m s/m W /J η
G/N F/N 有 /J
总
木板
棉布
毛巾
【实验结论】斜面的倾斜程度一定，斜面越光滑，机械效率越高。1．用一个动滑轮匀速提升重200N的物体，所用拉力为125N，物体升高高度为3m ，
则此过程中的有用功为 600 J ，总功为 750 J ，动滑轮的机械效率为 80% 。
2．工地上，一个滑轮组经改进后机械效率提高了，用它把同一物体匀速提高相同的高
度，改进后和改进前相比较，下列说法正确的是（ B ）
A．总功变大 B．总功变小 C．有用功变大 D．额外功不变
3．下列提高滑轮组机械效率的方法中，不可行的是（ C ）
A．增加物体的质量 B．减小动滑轮的重力
C．增大提升物体的高度 D．减小滑轮转动的摩擦力
4．有一批花盆需要运送到 3 楼办公室，花盆总重200N，有三种方案（如图所示）可
课
供选择：
堂
方案一：人直接提上去
练 方案二：用轻质绳、5N 的动滑轮以及 10N 的铁桶吊上去
习 方案三：用轻质绳、5N 的动滑轮以及 2N 的布袋吊上
三种方法中有用功最少的是（ D ）
A．方案一 B．方案二 C．方案三 D．三种方案都相同
5．两台机械所做的总功之比为2∶1，它们的机械效率之比为3∶4，则它们所做的有用
功之比为（ D ）
A．2∶1 B．3∶4 C．8∶2 D．3∶2
6．如图所示为甲、乙两机械的参数。甲、乙相比，甲的（ D ）
A．总功较大 B．有用功较大 C．额外功较大 D．机械效率较高
8．如图所示甲、乙两装置所用滑轮质量均相等，用它们分别将重为G、G 的两物体匀
1 2
速提升相同的高度。所用竖直方向上的拉力分别为F 和F ，拉力所做的功分别为W 和W
1 2 1
，两装置的机械效率分别为η 和η（不计绳重和摩擦），则下列选项正确的是 （ D ）
2 1 2
A ．若G > G ，则一定有η < η B ．若G < G ，则一定有F < F
1 2 1 2 1 2 1 2C ．若F > F ，则一定有η > η D ．若F < F ，则一定有η < η
1 2 1 2 1 2 1 2
五、机械效率
一、有用功、额外功、总功
1．再探动滑轮：手拉绳做的功大于动滑轮对钩码做的功
2．（1）有用功：对人们有用的功；在数值上等于直接用手对物体做的功。
（2）额外功：克服机械自重和摩擦力所做的无用功，但又不得不做。
（3）总功：动力对机械所做的功
二、机械效率
1．概念：有用功与总功的比叫作机械效率
W
板
2．公式：η= 有用×100%
W
书 总
3．使用机械时，由于额外功的存在，总有W <W ，因此η<100%。
设 有用 总
4．怎样提高动滑轮的机械效率：
计
（1）减小动滑轮自身的重力、减小摩擦；（2）增大物体的重力
三、斜面及其在机械效率中的应用
1．分析斜面是一种省力的简单机械，斜面的有用功、额外功、总功；
2．实验：测量斜面的机械效率
五、机械效率
课
堂
小
结1．某人用定滑轮将质量为20 kg的物体匀速提升2m，所用拉力为220N。求此过程中
人做的有用功、总功和定滑轮的机械效率（g 取 10N/kg）。
400 J；440J ；90.9%
2．用某杠杆将质量为18 kg 的物体缓慢提升50cm，若此时杠杆的机械效率为90%，则
提升该物体需要做的总功是多少（g取10 N/kg）?
100 J
3．如下图所示是塔式起重机上的一种滑轮组。已知在匀速吊起600kg的物体时，滑轮
作
组的机械效率是80%。使物体上升5m，所做的有用功是多少?所做的总功是多少（g 取
业 10N/kg）?
布 30000J；37500J
置
教
学
反
思
