資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
逐字稿
封面頁
同學們好！今天我們要進入第九章“機械和功”的第五節——“探究使用機械是否省功”的學習。大家想一想，在生活中我們會用到各種各樣的機械，那使用這些機械到底能不能省功呢？帶著這個疑問，讓我們開啟今天的學習之旅。
導入新課頁
大家看這張圖，工人在提升豎井中的重物時，沒有直接提起重物，而是使用了滑輪組、定滑輪和輪軸等簡單機械進行組合。那為什么要這么做呢？使用這些簡單機械到底有什么優勢呢？大家可以先思考一下，然后和旁邊的同學交流交流。其實啊，使用簡單機械可以省力、省距離，還能改變力的方向。那既然能省力、省距離，能不能省功呢？這就是我們今天要重點探究的問題。
觀察與思考頁
同學們，我們來看這兩張圖，一張是直接提升物體，另一張是用滑輪提升物體。那用機械提升物體與直接提升物體所做的功相同嗎？大家仔細觀察一下，然后大膽地猜測一下。接下來，我們就通過實驗來探究這個問題。
探究使用機械是否省功 - 實驗目的和步驟頁
我們先來明確一下這次實驗的目的。我們要比較用動滑輪和直接提升時所做的功。具體的實驗步驟如下： 第一步，用彈簧測力計將鉤碼勻速提升一定的高度，然后計算拉力所做的功，我們把它記為(W1)。 第二步，用彈簧測力計并借助一個動滑輪將同樣的鉤碼勻速提升相同的高度，再計算彈簧測力計的拉力所做的功，記為(W2)。 第三步，比較兩次做功(W1)和(W2)的大小。
實驗需要用到的器材有彈簧測力計、砝碼、動滑輪、線等。大家在實驗過程中一定要注意安全，嚴格按照實驗步驟進行操作。
實驗探究 - 實驗注意事項頁
在進行實驗時，有幾個注意事項大家一定要牢記。 第一，兩次都要緩慢提升同一物體，并且提升相同的高度。 第二，測力計要在提升過程中讀數，這樣才能保證讀數的準確性。 第三，測量距離時要記錄始、末位置的刻度，這樣才能準確計算出物體移動的距離。
收集數據頁
現在大家已經完成了實驗，我們來一起收集一下實驗數據。大家看這個表格，第一列是直接用彈簧測力計提升的情況，包括拉力(F)、重物升高的高度(h)和拉力(F)做的功(W_1)；第二列是用彈簧測力計和一個動滑輪提升的情況，包括拉力(F')、繩子自由端移動的距離(s)和拉力(F')做的功(W_2)。大家把自己實驗得到的數據填入表格中。
直接用彈簧測力計提升 用彈簧測力計和一個動滑輪提升
拉力(F/N) 重物升高的
高度(h/m) 拉力(F)做的
功(W_1 /J) 拉力(F’ / N)
繩子自由端移動的距離(s/m) 拉力(F’)做的
功(W_2 /J)
2 0.1 1.2 0.2
實驗結果與結論頁
通過實驗我們發現，雖然在兩次實驗中鉤碼被提升了相同的高度，但用動滑輪提升做的功要多一些，也就是(W_1 < W_2)。這就說明，使用動滑輪提升物體不能省功。那為什么用動滑輪提升會多做功呢？這就涉及到使用機械做的三種功，接下來我們就來學習這部分內容。
使用機械做的三種功頁
同學們，使用機械做的功可以分為三種。 第一種是有用功。我們使用機械提升鉤碼，將鉤碼提升一定的高度是我們的目的，所做的功叫做有用功，也就是克服物體重力做的功，記為(W_{有用})。計算公式是(W_{有用}=Gh)，這里的(G)是物體的重力，(h)是物體被提升的高度。 第二種是額外功。使用動滑輪提升重物時，不可避免地要對繩和動滑輪本身做功，還要克服摩擦不得不做的功，這部分功叫作額外功，記為(W_{額外})。如果不計摩擦和繩重，那么(W_{額外}=G_{動}h)，其中(G_{動})是動滑輪的重力。 第三種是總功。手拉繩所做的功叫作總功，記為(W_{總})。總功等于有用功與額外功之和。如果繩子自由端移動的距離為(s)，手拉繩子的力為(F)，滑輪重為(G_{動})，那么(W_{總}=W_{有用}+ W_{額外} =（G+G_{動}）h = Fs)。
從這里我們可以得出一個重要的結論：使用任何機械都不能省功。
實例分析頁
大家看這張圖，這是在生產力比較低下的時期，人們從水井中獲取生活用水時使用的轆轤和水桶。當使用轆轤和水桶從井中提水時，對水桶做的功是額外功，因為我們的目的是提水，對水桶做功并不是我們想要的，但又不得不做；對水做的功是有用功，這是我們提水的目的；手的動力所做的功是總功，它包括了有用功和額外功。
機械效率 - 定義頁
在物理學中，我們把有用功跟總功的比值叫做機械效率。它的定義式是(\eta=\frac{W_{有用}}{W_{總}})，其中(\eta)表示機械效率，(W_{有用})是有用功，(W_{總})是總功。機械效率沒有單位，通常用百分數表示。
機械效率 - 單位和物理意義頁
由于額外功不可避免，所以有用功總是小于總功，那么機械效率總小于(1)。在使用機械工作的時候，我們當然希望有用功在總功中所占份額越多越好，也就是做功的效率越高越好。機械效率反映了機械的性能高低，機械效率越高，說明這個機械越“給力”。
實例分析 - 數據表格頁
大家看這個表格，這里記錄了不同做功方式下的有用功、額外功、總功和機械效率。我們來分析一下，桶裝，手吊運時，有用功是(300J)，額外功是(60J)，總功是(360J)，機械效率是(83%)；桶裝，動滑輪吊運時，有用功還是(300J)，額外功變成了(90J)，總功是(390J)，機械效率是(77%)；袋裝，動滑輪吊運時，有用功依然是(300J)，額外功是(45J)，總功是(345J)，機械效率是(86%)。大家可以看到，袋裝，動滑輪吊運的有用功在總功中所占份額多，機械效率最高，說明這種辦法最好。
交流討論頁
在日常生活中，很多場合都涉及“效率”的概念，比如學習效率。大家還能舉出其他例子嗎？像工作效率、勞動效率、生產效率等。大家可以思考一下，你舉出的這個“效率”的意義是什么，然后和同學交流交流。
例題頁
同學們，我們來看這道例題。工人利用滑輪組將一桶沙子從地面提升到(9m)高的樓層，桶和沙子的總質量為(118kg)，動滑輪的質量為(2kg)，忽略摩擦和繩重，(g)取(10N/kg)。我們要求滑輪組的機械效率。 首先，我們來計算桶和沙子所受的總重力(G_{桶沙}=m_{桶沙}g =118 kg\times10 N/kg=1180 N)。 然后，計算動滑輪所受的重力(G_{動}=m_{動}g=2kg\times10N/kg=20 N)。 接著，計算提升過程中的有用功(W_{有用}=G_{沙}h=1180N\times9 m=10 620 J)。 再計算提升過程中的額外功(W_{額外}=G_{動}h=20N\times9 m=180J)。 最后，計算拉力所做的總功(W_{總}=W_{有用}+W_{額外}=10620J+180J=10 800J)。 根據機械效率的定義式(\eta=\frac{W_{有用}}{W_{總}})，可得滑輪組的機械效率(\eta=\frac{10620J}{10800J}\approx 98.3%)。
影響機械效率的因素頁
同學們，我們來看這張廣告宣傳畫，一個巨大的滑輪提起一個小皮箱，宣傳文字寫著“事無大小，必盡全力”。那滑輪組機械效率與物重有什么定性關系呢？其實，用同一滑輪組提升物體時，物重越大，機械效率越高。在這張圖中，滑輪提升的物體物重很小，機械效率很低，這其實是一種浪費。
影響滑輪組機械效率的因素主要有三個方面： 一是被提升物體的重力，物體重力越大，有用功在總功中所占的比例就越大，機械效率就越高。 二是動滑輪、機械自身的重力，動滑輪和機械自身的重力越大，額外功就越多，機械效率就越低。 三是摩擦、繩子的重力，摩擦和繩子的重力會增加額外功，從而降低機械效率。
那大家想一想，有哪些措施可以提高機械效率呢？可以和小組同學討論一下。
課堂小結頁
同學們，今天我們學習了很多重要的知識。我們探究了使用機械是否省功，知道了使用任何機械都不能省功。還學習了使用機械做的三種功：有用功、額外功和總功。了解了機械效率的概念，它是有用功跟總功的比值，并且機械效率總小于(1)。最后，我們還分析了影響滑輪組機械效率的因素。希望大家課后能夠認真復習，鞏固今天所學的知識。好，今天的課就上到這里，同學們再見！
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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《探究使用機械是否省功》教學設計
一、教學目標
（一）物理觀念
理解有用功、額外功、總功的概念，能區分三種功的物理意義。
掌握機械效率的定義及公式 理解機械效率總小于 1 的原因。
知道使用任何機械都不能省功，建立 “功的原理” 的物理觀念。
（二）科學思維
通過實驗數據分析，歸納 “使用機械不省功” 的結論，培養歸納推理能力。
運用類比法比較直接做功與機械做功的差異，提升科學思維的遷移能力。
通過分析機械效率的影響因素，培養邏輯分析和批判性思維。
（三）科學探究
經歷 “提出問題 — 設計實驗 — 收集數據 — 分析結論” 的探究過程，學習控制變量法的應用。
在實驗中規范操作、記錄數據，培養實驗探究能力和誤差分析能力。
（四）科學態度與責任
通過實驗探究，培養嚴謹求實的科學態度和團隊協作精神。
認識機械效率在生產生活中的應用價值，增強將物理知識服務于社會的責任感。
二、教學重難點
（一）教學重點
有用功、額外功、總功的概念及計算。
機械效率的定義、公式及應用。
（二）教學難點
理解 “使用任何機械都不省功” 的原理。
區分有用功與額外功，分析機械效率的影響因素。
三、教學方法
講授法、實驗探究法、討論法、案例分析法
四、教學過程
（一）情景引入（5 分鐘）
教師講解：
展示工人使用滑輪組、定滑輪提升重物的圖片，提問：“工人為什么不直接提起重物，而是使用機械？使用機械是否省功？”
演示：用手直接提起鉤碼和用動滑輪提起相同鉤碼，引導學生觀察用力大小和移動距離的差異。
學生活動：
觀察演示實驗，結合生活經驗討論機械的優勢（省力、改變力的方向），猜想是否省功。
活動目的：通過生活實例和演示實驗創設問題情境，激發探究興趣，建立認知沖突。
（二）實驗探究：使用機械是否省功（15 分鐘）
教師講解：
明確實驗目的：比較直接提升物體與用動滑輪提升物體所做的功。
指導實驗設計：控制變量（同一物體、同一高度），講解實驗步驟及注意事項（緩慢勻速提升、準確測量力和距離）。
展示實驗表格，強調數據記錄規范。
學生活動：
分組實驗：用彈簧測力計直接提升鉤碼和借助動滑輪提升相同鉤碼，記錄拉力F、提升高度h、繩子移動距離s，計算W1 = Fh和W2 = F's。
分析數據，得出結論：W2 > W1，使用動滑輪不省功。
活動目的：通過自主實驗探究，培養實驗操作和數據分析能力，親歷 “使用機械不省功” 的結論推導。
（三）有用功、額外功、總功（10 分鐘）
教師講解：
結合實驗結果，講解三種功的概念：
有用功W有：為達到目的必須做的功（如提升重物W= Gh）。
額外功W額外：不可避免做的非目的功（如克服動滑輪重力、摩擦做功）。
總功W總：動力做的全部功（W總 = W有用+ W額外 = Fs）。
舉例：用轆轤提水時，對水做的功是有用功，對水桶做的功是額外功，手的拉力做的功是總功。
學生活動：
討論：“用桶裝水時，哪些功是有用功？哪些是額外功？” 加深對三種功的理解。
活動目的：通過概念講解和實例分析，幫助學生區分三種功，建立功的分類觀念。
（四）機械效率（15 分鐘）
教師講解：
定義：有用功與總功的比值，公式，用百分數表示，< 1（額外功不可避免）。
例題分析：工人用滑輪組提升 118kg 沙子到 9m 高處，動滑輪重 2kg，計算機械效率。
步驟：①算總重力G = mg；②算有用功W有用 = Gh；③算額外功W額外 = Gh；④算總功W總= W有用+ W額外；⑤算。
影響因素：物重、動滑輪重、摩擦（同一滑輪組，物重越大，\eta越高）。
學生活動：
計算例題，規范解題步驟；討論 “如何提高機械效率”（減小額外功，如減輕動滑輪、減小摩擦）。
活動目的：通過公式推導和例題計算，掌握機械效率的應用，理解其物理意義及影響因素。
（五）交流討論與實例分析（10 分鐘）
教師講解：
展示不同做功方式的機械效率數據（如桶裝吊運、袋裝吊運），分析效率差異的原因。
討論廣告畫 “巨大滑輪提小皮箱” 的科學性，強調 “物重越小，機械效率越低”，滲透 “效率與實用” 的聯系。
學生活動：
舉例生活中 “效率” 概念（如學習效率、工作效率），類比機械效率的意義，分享如何提高效率的措施。
活動目的：聯系生活實際，培養知識遷移能力，增強節約能源和優化機械的意識。
（六）課堂小結（5 分鐘）
教師講解：
梳理知識框架：
實驗結論：使用任何機械不省功。
三種功：W總 = W有用+ W額外。
機械效率：，影響因素及提高措施。
學生活動：
繪制思維導圖，標注易錯點（如額外功的來源），提出疑問（如 “是否存在 100% 效率的機械”）。
活動目的：構建系統知識體系，強化重點內容，為后續學習機械效率的應用奠定基礎。
五、教學反思
實驗探究中，學生可能因測量誤差導致W2與W1的差值不明顯，需引導分析誤差來源（如測力計讀數、距離測量）。
區分有用功和額外功時，可增加更多生活案例（如用斜面推物體），幫助學生突破難點。
機械效率的計算需強調單位統一和公式變形，避免計算錯誤。
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第五節 探究使用機械是否省功
第九章　機械和功
工人通過滑輪組、定滑輪和輪軸提升豎井中的重物。工人為什么不直接提起重物，而是將這么多的簡單機械進行組合呢
使用滑輪組、定滑輪和輪軸等這些簡單機械的優勢是什么
導入新課
使用簡單機械的優勢
省力
省距離
改變力的方向
使用簡單機械可以省力、省距離，能省功嗎
導入新課
用機械提升物體與直接提升物體所做的功相同嗎？
直接提升物體
用滑輪提升物體
觀察與思考
1
探究使用機械是否省功
比較用動滑輪和直接提升時所做的功
明確實驗目的和實驗步驟
2
W1
W2
1.用彈簧測力計將鉤碼勻速提升一定的高度，計算拉力所做的功W1。
2.用彈簧測力計并借助一個動滑輪將同樣的鉤碼勻速提升相司的高度，計算彈簧測力計的拉力所做的功W2。
實驗目的
實驗器材
3.比較兩次做功W1和W2的大小。
彈簧測力計、砝碼、動滑輪、線等
實驗步驟
探究使用機械是否省功
①兩次緩慢提升同一物體，且提升相同高度。
②測力計要在提升過程中讀數。
③測量距離要記錄始、末位置的刻度。
實驗探究
3
直接用彈簧測力計提升 用彈簧測力計和一個動滑輪提升 拉力F/N 重物升高的 高度h/m 拉力F做的 功W1 /J 拉力F’ / N 繩子自由端移動的距離s/m 拉力F’做的
功W2 /J
2 0.1 1.2 0.2
實驗注意事項：
探究使用機械是否省功
實驗結果表明，雖然在兩次實驗中鉤碼被提升了相同的高度，但用動滑輪提升做的功要多一些。即W1 < W2
結論：使用動滑輪提升物體不能省功。
收集數據
4
直接用彈簧測力計提升 用彈簧測力計和一個動滑輪提升 拉力F/N 重物升高的 高度h/m 拉力F做的 功W1 /J 拉力F’ / N 繩子自由端移動的距離s/m 拉力F’做的
功W2 /J
2 0.1 0.2 1.2 0.2 0.24
省力并不省功
為什么多做功呢？
探究使用機械是否省功
①有用功：將鉤碼（重為G）提升一定的高度h是我們的目的，所做的功叫做有用功（即克服物體重力做的功）記為W有用。則:W有用=Gh
②額外功：使用動滑輪提升重物時不可避免地要對繩和動滑輪（G動）本身做功；還要克服摩擦不得不做的功，這部分功叫作額外功，記為W額外。若不計摩擦和繩重，則:W額外=G動h
使用機械做的三種功
1
③總功：手拉繩所做的功叫作總功，記為W總。總功等于有用功與額外功之和。若繩子自由端移動的距離為s ，手拉繩子的力為F，滑輪重為G動。則:
W總=W有用+ W額外 =（G+G動）h = Fs
結論：使用任何機械都不能省功。
機械效率
如圖所示是在生產力比較低下的時期，人們從水井中獲取生活用水時使用的轆轤和水桶。
當使用轆轤和水桶從井中提水時，對水桶做的功 ，對水做的功是 ，手的動力所做的功是 。(均填“總功”“有用功”或“額外功”)。
實例分析
2
額外功
有用功
總功
機械效率
單位
3
物理學中，將有用功跟總功的比值叫做機械效率。
機械效率沒有單位，通常用百分數表示。由于額外功不可避免，所以有用功總是小于總功，所以機械效率總小于1。
機械效率
總功( Ｊ )
定義式
2
物理意義
4
機械效率的定義
1
在使用機械工作的時候，有用功在總功中所占份額越多越好。做功的效率越高，它反應機械的性能高低。
有用功 ( Ｊ )
機械效率
實例分析
5
做功方式 有用功/J 額外功/J 總功/J 機械效率
桶裝，手吊運 300 60 360 83%
桶裝，動滑輪吊運 300 90 390 77%
袋裝，動滑輪吊運 300 45 345 86%
袋裝，動滑輪吊運的有用功在總功中所占份額多，機械效率最高，辦法最好。
大米重100N
動滑輪重10N
桶重 20N
口袋重5N
機械效率
勞動效率
生產效率
工作效率
交流討論
6
在日常生活中，很多場合涉及“效率”的概念，如學習效率等。你還能舉出其他例子嗎 說明你舉出的這個“效率”的意義是什么，并與同學交流。
機械效率
例題 如圖 9.5-3所示，工人利用滑輪組將一桶沙子從地面提升到9m高的樓層，桶和沙子的總質量為118kg，動滑輪的質量為2kg。忽略摩擦和繩重，g取10N/kg。求滑輪組的機械效率。
解：桶和沙子所受的總重力：
G桶沙=m桶沙g =118 kgx10 N/kg=1180 N,
動滑輪所受的重力：G動=m動g=2kgx10N/kg=20 N。
提升過程中的有用功：W有用=G沙h=1180Nx9 m=10 620 J。
拉力所做的總功：W總=W有用+W額外=10620J+180J=10 800J。
提升過程中的額外功：W額外=G動h=20Nx9 m=180J。
滑輪組的機械效率：
98.3％
答 滑輪組的機械效率為 98.3%。
機械效率
機械效率
圖為某公司的一幅廣告宣傳畫，一個巨大的滑輪提起一個小皮箱，宣傳文字寫著“事無大小，必盡全力”。請你分析滑輪組機械效率與物重的定性關系，并結合這個關系談一談你對這幅廣告宣傳畫所表達觀點的看法。
使用滑輪組提升重物時，影響其機械效率的因素有哪些
影響機械效率的因素
①被提升物體的重力
②動滑輪、機械自身的重力
用同一滑輪組提升物體時，物重越大，機械效率越高。
宣傳畫中滑輪提升物體，物重很小機械效率很低，是一種浪費。
影響機械效率的因素
③摩擦、繩子的重力
說一說提高機械效率的措施？
影響機械效率的因素
課堂小結

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