《機(jī)械效率》教學(xué)設(shè)計-2025-2026學(xué)年北師大版（北京）初中物理八年級(全一冊）核心素養(yǎng)教學(xué)目標(biāo)物理觀念：學(xué)生能準(zhǔn)確理解有用功、額外功、總功的概念，掌握機(jī)械效率的定義及計算公式，并認(rèn)識到機(jī)械效率是衡量機(jī)械性能的重要指標(biāo)，其值總小于1?？茖W(xué)思維：通過分析具體實例，培養(yǎng)學(xué)生區(qū)分有用功、額外功和總功的能力，能運(yùn)用機(jī)械效率公式解決實際問題，形成從具體到抽象、從現(xiàn)象到本質(zhì)的思維方式?？茖W(xué)探究與創(chuàng)新：通過實驗探究影響機(jī)械效率的因素，讓學(xué)生經(jīng)歷提出問題、猜想與假設(shè)、設(shè)計實驗、進(jìn)行實驗與收集證據(jù)、分析與論證等科學(xué)探究過程，培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作能力和創(chuàng)新意識?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過了解機(jī)械效率在實際生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，讓學(xué)生認(rèn)識到提高機(jī)械效率的重要性，培養(yǎng)學(xué)生節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的意識和社會責(zé)任感。教學(xué)重難點1.教學(xué)重點有用功、額外功、總功的概念及三者之間的關(guān)系機(jī)械效率的定義、計算公式及物理意義。2.教學(xué)難點正確區(qū)分有用功、額外功和總功。理解機(jī)械效率總小于1的原因。探究影響機(jī)械效率的因素及提高機(jī)械效率的方法。教學(xué)過程1.導(dǎo)入新課（約5分鐘）教師：同學(xué)們，在日常生活中，我們經(jīng)常會使用各種機(jī)械來幫助我們做功，比如用滑輪組提升重物、用起重機(jī)搬運(yùn)貨物等。大家有沒有想過，這些機(jī)械在做功的過程中，是不是把我們輸入的能量全部用來做我們需要的功了呢？學(xué)生：（思考并自由發(fā)言）可能不是全部，應(yīng)該有一部分能量浪費(fèi)了。教師：同學(xué)們說得很有道理，實際上，任何機(jī)械在工作時，都不可能把輸入的能量全部用來做有用功，總會有一部分能量損耗。這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)一個衡量機(jī)械性能的重要物理量——機(jī)械效率。（板書課題：機(jī)械效率）設(shè)計意圖：通過生活中的實例提問，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，引出本節(jié)課的主題，使學(xué)生初步認(rèn)識到學(xué)習(xí)機(jī)械效率的必要性。2.新課教學(xué)（約30分鐘）（1）有用功、額外功、總功教師：請同學(xué)們閱讀教材中關(guān)于有用功、額外功和總功的內(nèi)容，思考一下什么是有用功，什么是額外功，什么是總功。（學(xué)生閱讀教材，教師巡視指導(dǎo)）教師：誰能來說一下什么是有用功？學(xué)生：我們需要做的功，叫做有用功，用表示。教師：非常好，那在提升重物的過程中，有用功是什么呢？學(xué)生：克服重物重力所做的功，也就是=Gh，其中G是重物的重力，h是重物被提升的高度。教師：說得很對。那什么是額外功呢？學(xué)生：并非我們需要但又不得不做的功，叫做額外功，用表示。教師：在使用滑輪組提升重物時，額外功主要有哪些呢？學(xué)生：克服動滑輪重力所做的功，還有克服繩子與滑輪之間的摩擦所做的功。教師：大家理解得很到位?？偣τ质侵甘裁茨?？學(xué)生：有用功與額外功之和，叫做總功，用表示，即。教師：在使用機(jī)械時，總功也就是我們動力所做的功。比如用滑輪組提升重物時，動力F作用在繩子的自由端，繩子自由端移動的距離為s，那么總功=Fs。教師：下面我們來看一個具體的例子（展示教材中的案例）：用一個動滑輪把重為100N的物體提升2m，所用的拉力為60N，繩子自由端移動的距離為4m。請同學(xué)們計算一下這個過程中的有用功、額外功和總功。學(xué)生：（自主計算，教師巡視）教師：哪位同學(xué)能分享一下你的計算結(jié)果？教師：計算得非常正確。通過這個例子，我們可以更清楚地理解有用功、額外功和總功的概念及它們之間的關(guān)系。設(shè)計意圖：讓學(xué)生通過閱讀教材自主獲取概念，再結(jié)合具體案例進(jìn)行分析和計算，加深對有用功、額外功和總功的理解，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和計算能力。（2）機(jī)械效率教師：從剛才的例子中我們可以看出，有用功只是總功的一部分。為了表示有用功在總功中所占的比例，我們引入了機(jī)械效率這個物理量。請同學(xué)們閱讀教材，找出機(jī)械效率的定義和計算公式。學(xué)生：（閱讀教材）機(jī)械效率是有用功跟總功的比值，用表示，計算公式為。教師：很好。機(jī)械效率通常用百分?jǐn)?shù)表示，它反映了機(jī)械在做功過程中能量的有效利用程度。比如剛才那個例子中，機(jī)械效率，這表示在這個過程中，有用功占總功的83.3%。教師：大家思考一下，機(jī)械效率的數(shù)值范圍是多少呢？學(xué)生：（討論）因為額外功總是存在的，有用功總小于總功，所以機(jī)械效率總小于100%。教師：同學(xué)們分析得很正確，機(jī)械效率總小于1，這是因為任何機(jī)械在工作時都不可避免地要做額外功。教師：請同學(xué)們看一下教材中的幾種常見機(jī)械的效率表，了解一下不同機(jī)械的效率范圍。（學(xué)生閱讀教材中的效率表）教師：通過這個表格，我們可以知道不同機(jī)械的效率是不同的，那么影響機(jī)械效率的因素有哪些呢？我們?nèi)绾翁岣邫C(jī)械效率呢？設(shè)計意圖：讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)機(jī)械效率的定義和計算公式，通過實例計算和討論，理解機(jī)械效率的物理意義及數(shù)值范圍，培養(yǎng)學(xué)生的分析和推理能力。（3）探究影響機(jī)械效率的因素（實驗探究）教師：接下來我們通過實驗來探究影響滑輪組機(jī)械效率的因素。大家猜想一下，滑輪組的機(jī)械效率可能與哪些因素有關(guān)呢？學(xué)生：（猜想）可能與重物的重力有關(guān)、與動滑輪的重力有關(guān)、與繩子和滑輪之間的摩擦有關(guān)等。教師：同學(xué)們提出了很多合理的猜想，下面我們就來設(shè)計實驗驗證其中的幾個猜想。實驗一：探究滑輪組的機(jī)械效率與重物重力的關(guān)系實驗器材：滑輪組、不同重力的鉤碼、彈簧測力計、刻度尺、鐵架臺。實驗步驟：①按圖組裝好滑輪組，將鉤碼掛在動滑輪下，用彈簧測力計測出鉤碼的重力G。②在豎直方向上勻速拉動彈簧測力計，使鉤碼上升一段距離h，同時記錄彈簧測力計的示數(shù)F和繩子自由端移動的距離s。③根據(jù)公式計算出有用功。④更換不同重力的鉤碼，重復(fù)上述實驗步驟，記錄并計算相關(guān)數(shù)據(jù)。教師：在實驗過程中，我們需要注意什么呢？學(xué)生：要勻速拉動彈簧測力計，這樣彈簧測力計的示數(shù)才等于拉力的大小；要準(zhǔn)確測量鉤碼上升的高度和繩子自由端移動的距離。教師：很好，現(xiàn)在請同學(xué)們分組進(jìn)行實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)并填寫在表格中。（學(xué)生分組實驗，教師巡視指導(dǎo)）實驗數(shù)據(jù)記錄表（示例）：實驗次數(shù)鉤碼重力G（N）拉力F（N）拉力方向鉤碼上升方向11.01.0向下向上22.02.0向下向上33.03.0向下向上教師：實驗結(jié)束后，請各小組匯報你們的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)論。學(xué)生：（匯報）當(dāng)滑輪組一定時，提升的鉤碼越重，機(jī)械效率越高。實驗二：探究滑輪組的機(jī)械效率與動滑輪重力的關(guān)系實驗器材：不同重力的動滑輪、相同重力的鉤碼、彈簧測力計、刻度尺、鐵架臺。實驗步驟：①選用一個動滑輪組裝成滑輪組，將鉤碼掛在動滑輪下，用彈簧測力計測出鉤碼的重力G和動滑輪的重力。②在豎直方向上勻速拉動彈簧測力計，使鉤碼上升一段距離h，同時記錄彈簧測力計的示數(shù)F和繩子自由端移動的距離s。③根據(jù)公式計算出有用功=Gh、總功。④更換不同重力的動滑輪，重復(fù)上述實驗步驟，記錄并計算相關(guān)數(shù)據(jù)。學(xué)生：（分組實驗，記錄數(shù)據(jù)并分析）實驗數(shù)據(jù)記錄表（示例）：實驗次數(shù)鉤碼重力G（N）動滑輪重力（N）鉤碼上升高度h（m）有用功（J）拉力F（N）繩子自由端移動距離s（m）總功（J）機(jī)械效率（%）120.50.10.21.250.20.2580.02210.10.21.50.20.366.7321.50.10.21.750.20.3557.1教師：各小組得出了什么結(jié)論？學(xué)生：當(dāng)提升的重物一定時，動滑輪越重，機(jī)械效率越低。教師：通過這兩個實驗，我們知道了滑輪組的機(jī)械效率與重物的重力和動滑輪的重力有關(guān)。除此之外，摩擦也會影響機(jī)械效率，摩擦越大，額外功越多，機(jī)械效率越低。那么我們可以采取哪些方法來提高機(jī)械效率呢？學(xué)生：（討論）可以增加提升的重物、減小動滑輪的重力、減小摩擦等。教師：同學(xué)們說得很對，在實際應(yīng)用中，我們可以根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的措施來提高機(jī)械效率，以節(jié)約能源。設(shè)計意圖：通過實驗探究，讓學(xué)生親身體驗科學(xué)探究的過程，培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作能力、數(shù)據(jù)分析能力和合作探究精神，使學(xué)生更深刻地理解影響機(jī)械效率的因素及提高機(jī)械效率的方法。3.課堂互動與練習(xí)（約15分鐘）教師：下面我們來做一些練習(xí)題，鞏固一下今天所學(xué)的知識。（1）判斷題①機(jī)械效率越高的機(jī)械，做的有用功越多。（）②機(jī)械效率總小于1，是因為額外功總是存在的。（）③提高機(jī)械效率的方法是減小有用功，增大總功。（）學(xué)生：（思考并回答）①×；②√；③×。教師：（點評）第一題錯誤，因為機(jī)械效率高只表示有用功在總功中所占的比例大，而不是有用功的多少，有用功的多少還與總功有關(guān)；第三題錯誤，提高機(jī)械效率應(yīng)該是增大有用功，減小額外功。（2）計算題用一個定滑輪把重為50N的物體提升2m，所用的拉力為60N，求這個定滑輪的機(jī)械效率。。教師：（點評）計算正確，定滑輪的機(jī)械效率小于1，是因為存在摩擦等額外功。（3）討論題為什么汽車在爬坡時要換用低速擋？學(xué)生：（討論）汽車爬坡時需要較大的牽引力，根據(jù)P=Fv（功率一定時），速度越小，牽引力越大。同時，換用低速擋可以提高汽車發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率嗎？教師：同學(xué)們的思考很深入，汽車爬坡時換用低速擋主要是為了獲得較大的牽引力，而機(jī)械效率的高低還與發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)等因素有關(guān)，但在這個過程中，我們更關(guān)注的是能否提供足夠的動力。設(shè)計意圖：通過練習(xí)題和討論題，鞏固學(xué)生對所學(xué)知識的掌握，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識解決實際問題的能力，同時激發(fā)學(xué)生的思維，拓展學(xué)生的知識面。4.課堂小結(jié)（約5分鐘）教師：這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了機(jī)械效率的相關(guān)知識，誰能來總結(jié)一下這節(jié)課的主要內(nèi)容？學(xué)生：（總結(jié)）③影響滑輪組機(jī)械效率的因素有重物的重力、動滑輪的重力、摩擦等，提高機(jī)械效率的方法有增加提升的重物、減小動滑輪的重力、減小摩擦等。