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| 第三节 机械效率
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作者： bx
发表时间： 2005-12-11 文章出处： 中央电化教育馆
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滑轮、钩码、线、弹簧秤、铁架台、刻度尺．
二、教学过程
一、引入新课
1．提问：功的原理是什么？
2．演示（按图1装置）并提问．
用图1的滑轮来提升重5N的物体，理论上在细绳端需要加多大的拉力？要求一名学生板演，（省一半力，应为2.5N）
问：实际上Ｆ＝2.5Ｎ行不行，为什么？
问：怎样能知道Ｆ实际是多大？（实验测量——实践是检查真理的唯一标准）（肯定实际上Ｆ>2.5Ｎ）
问：实际使用动滑轮提升重物时，人所做的功与直接提升重物所做的功相比较，大小如何？这与功的原理是否矛盾？（不矛盾，功的原理说使用机械不省功）
问：我们希望上述两个功越接近越好还是差距越大越好？（引入新课）
二、进行新课
1．有用功、额外功和总功
（1）演示实验：用弹簧秤匀速拉动绳端，使重物G升高．从弹簧秤读出拉力F的值，用刻度尺测出重物提升的高度h和弹簧秤移动的距离s．以下边讲边板书：
“实验数值G＝5N，h＝0.5m，F＝3N，s＝1m．
弹簧秤的拉力（动力）对动滑轮做的功：W２＝F·s＝3N×1m＝3J，
直接用手提高重物同样的高度需要做的：W１＝G·h＝5N×0.5m＝2.5J”
（2）提问：由实验可以看到W２＞W１，这是为什么？
学生回答，教师总结：实际上，我们用动滑轮等简单机械提升重物时，由于要克服摩擦以及不得不把动滑轮一起提升，这时我们用的力（动力）就比重物重力的一半还要大（该实验中，理想情况下拉力是2.5N，而实际的拉力是3N）．做的功要比直接提升重物所做的功大一些（该实验中，直接提升重物所做的功是2.5J，而实际动力对滑轮做的功是3J）．
（3）总结并边讲边板书
①在用动滑轮提高重物的实验中，用来提高物体的功对我们是有用的，是必须做的．
板书：“1．有用功（W有用）：利用机械工作时对人们有用的功叫有用功”（注意，本节标题暂不出）
问：本实验中的有用功是多少？答：W有用＝G·h＝5N×0.5m＝2.5J．
②本实验中，用来克服摩擦及把动滑轮和绳子提升做的功对我们没有用，但又不得不做的功，这种功叫额外功．使用任何实际机械做额外功是不可避免的．
板书:“2．额外功（W额外）：对人们没有用，但又不得不做的功叫做额外功”
③有用功加额外功是动力对机械总共做的功，叫总功．
板书：“3．总功（W总）：有用功与额外功的总和叫总功”
问：本实验中总功W总＝？
答：W总＝F·s＝F·2h＝3N×1m＝3J．
问：本实验中做的额外功是多少？
答：W额外＝W总－W有用＝3J－2.5J＝0.5J．
2．机械效率
问：根据以上实验，你能算出有用功在总功中占的百分比吗？
学生演算，答出计算过程和结果．
答：83.3％．
教师小结并板书：“4．机械效率：有用功跟总功的比值叫机械效率”
板书：补写本节标题：“三、机械效率”
有用功总小于总功，所以机械效率总小于1”
教师指出：表示机械效率的字母的读音．机械效率一般用百分数表示，没有单位．
问：某起重机的机械效率是70%，它表示什么意思？
答：使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值是70%，也可以说有用功在总功中占有70%，另30％做的是额外功．
3．提高机械效率的意义及方法举例
阅读课本提高机械效率一段，小结要点，指出采取减小额外功所占比重是提高机械效率的有效方法．
三、巩固练习
例题：用图2所示滑轮组把重600N的货物匀速提高2m，所用的拉力是375N，求总功、有用功和这个滑轮组的机械效率．
要求学生板演，教师讲评．
教师小结：解答这类问题首先要认真审题，弄清已知条件．其次要注意，用滑轮组提起货物的高度与人把绳子末端拉下的距离之间的关系．还要分清总功和有用功．总功是人利用滑轮组提升货物时总共做的功，也就是人拉绳子的力做的功（或说动力对滑轮组做的功），即如果不用机械直接把重物提升相同高度所做的功．计算时，功（W总）＝拉力（F）×绳端所通过的距离（s）．有用功是指滑轮组克服货物所受重力竖直升高所做的功，计算时，有用功（W有用）＝F·s．因为货物匀速上升，所以滑轮组对货物拉力的大小等于货物重，即F＝G．货物提升的高度s用字母h表示（要与动力通过的距离s加以区分）．所以，有用功（W有用）＝货物重（G）×货物提升的高度（h）．
应该指出，在涉及机械效率问题时，功的原理也是适用的．使用机械时仍不省功，而且还要不可避免地做额外功．
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