“机械效率”教学研究(王颖)

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1、机械效率教学研究北京市东城区教育研修学院 物理教研室 王颖机械效率教学研究“ “机械效率机械效率” ”相相关关知知识识识识与与拓展拓展1 12 23 32 2“ “机械效率机械效率” ”教学策略与实施教学策略与实施3 3“ “机械效率机械效率” ”教学教学问题问题问题问题与与解解决决（二）（二） “ “机械效率机械效率” ”及相关知识的联系及相关知识的联系（三（三） “ “机械效率机械效率” ”在生活中的应用在生活中的应用（一）（一） “ “机械效率机械效率” ”在力学知识中的地位在力学知识中的地位一、一、 “ “机械效率机械效率” ”相关知识与拓展相关知识与拓展（一）（一） “ “机械效率机

2、械效率” ”在力学知识中的地位在力学知识中的地位机械效率是初中力学的重要内容，学 生在学习功的概念以及功的原理的基础 上建立了有用功、额外功和总功的概念 ，并将此用于描述机械性能得出“机械效 率”这一重要参量。本节的教学总目标是 在学生对各种简单机械已获得具体的感 性认识之后，通过科学探究活动和推理 分析，从而建立起“机械效率”的概念。并 且能应用“机械效率”知识解决相关问题。 机械效率是衡量机械性能的重要指标之一 。引导学生思考如何从功出发研究机械的 性能。通过对物理情境和实验的探讨，明 确有用功、额外功、总功的含义。通过观 察和实验测量，让学生理解机械效率的概 念。进一步分析机械的做功问题

3、，使学生 深入理解“功”是反映力的作用“成效”的物理 量。为本章最后机械能守恒定律的学习奠 定基础。（一）（一） “ “机械效率机械效率” ”在力学知识中的地位在力学知识中的地位初中物理课程标准对本部分的要求是“探究并知 道凸透镜成像的规律。了解凸透镜成像的应用”。 根据课程标准要求和全面提高学生素质的需要， 本节教学目标可参考以下内容： 1知识与技能 知道有用功、额外功和总功概念。 理解机械效率概念和物理意义。（一）（一） “ “机械效率机械效率” ”在力学知识中的地位在力学知识中的地位 2过程与方法 通过参与探究斜面和动滑轮的机械效率的活动 ，学习拟定简单的科学探究计划和实验方案 通过分析

4、研究动滑轮机械效率实验，培养学生 科学思维方法和动手操作的能力。 3情感、态度和价值观 具有对科学的求知欲，乐于探索日常生活中的 物理学道理，有将科学技术应用于日常生活、 社会实践的意识 在实验中培养合作精神，养成实事求是、尊重 实验结果的科学态度 涉及的概念：功、有用功、额外功和总功 等； 涉及的规律：斜面、定滑轮、动滑轮、滑 轮的力学特征； 两大特点： 综合性、实用性比较强，紧 密联系日常生活实际； 学习探究方法， 培养科学探究的能力。（一）（一） “ “机械效率机械效率” ”在力学知识中的地位在力学知识中的地位www.themegallery.cowww.themegallery.co

5、mmCompany LogoCompany Logo有用功和额外功有用功和额外功热机效率热机效率电源效率电源效率效率效率总功总功简单机械简单机械（一）（一） “ “机械效率机械效率” ”在力学知识中的地位在力学知识中的地位1.有用功和额外功 有用功是人们为了完成工作目的所必须做的功， 无论采用何种机械哪种方式都必须做的功，例 如要想提水上楼，水所受的重力G乘以提升高度 h就是有用功，即W有=Gh，不论提着水沿楼梯 走上去，还是用滑轮把水拉上去，都要对水做 这么多的功，这个功就是有用功。为了完成这 个有用功，人将水提上楼的同时，人还得克服 自身所受重力功做，使用机械还需要摩擦力或 克服滑轮重做功

6、，这些并非人们需要但又不得 不做的功就是额外功.（二）（二） “ “机械效率机械效率” ”及相关知识的联系及相关知识的联系 想一想用水桶从井中提水的时候，所做的功用水桶从井中提水的时候，所做的功 哪部分是有用功，哪部分是额外功？如果桶掉哪部分是有用功，哪部分是额外功？如果桶掉 到井里，从井里捞桶的时候，捞上的桶里带了到井里，从井里捞桶的时候，捞上的桶里带了 一些水，这种情况下哪部分是有用功，哪部分一些水，这种情况下哪部分是有用功，哪部分 是额外功？是额外功？ 有用功和额外功是根据完成某项工作的目 的来辩别的。用桶从水井中提水时，对水 做的是有用功，而对桶做的是额外功。但 是，如果是打捞落入水中

7、的水桶，对桶做 的就是有用功，对桶内外残存的水所做的 功则是额外功。可见,具体问题,具体分析。（二）（二） “ “机械效率机械效率” ”及相关知识的联系及相关知识的联系 2.2.总功总功 人们在达到一定目的过程中，实际做的功 等于有用功和额外功的总和，这个功叫总 功，W总=W有+W额。 斜面： W总=Gh + 滑轮组： W总= =G物h + G实h （二）（二） “ “机械效率机械效率” ”及相关知识的联系及相关知识的联系FL=FL=GhGh即：即：3.3.简单简单简单简单机械机械 斜面的原理：斜面的原理： （理想：不计摩擦）（理想：不计摩擦） 斜面长是斜面高的几倍，推力就是物重的斜面长是斜面

8、高的几倍，推力就是物重的 几分之一。几分之一。3.3.简单简单简单简单机械机械 滑轮组：滑轮组： （理想：不计摩擦）（理想：不计摩擦） 与动滑轮相联有几段绳子，则绳自由端的与动滑轮相联有几段绳子，则绳自由端的 拉力为物体与动滑轮总重的几分之一。拉力为物体与动滑轮总重的几分之一。（二）（二） “ “机械效率机械效率” ”及相关知识的联系及相关知识的联系 4. 效率 社会学-指最有效地使用社会资源以满足 人类的愿望和需要。 (1)从时间角度：指的单位时间里实际 完成的工作量。效率高， 就是在单位时间里实际 完成的工作量多，节约 了时间成本。（二）（二） “ “机械效率机械效率” ”及相关知识的联系

9、及相关知识的联系（2）从技术角度-功率是输出与输入功率 之比，若此数越接近 1 ，则显示其效率越 好，如某设置的效率在 70%80% 之间， 即输入 1000W ，输出700W800W 之间 ， 设置本身消耗 200W300W 的功率。 （3）从资源角度-效率是指对于有限资源( 如原材料、人力、资金等)的最佳分配方法 ，是所达到结果与使用的资源之间的关系 。（二）（二） “ “机械效率机械效率” ”及相关知识的联系及相关知识的联系（二）（二） “ “机械效率机械效率” ”及相关知识的联系及相关知识的联系（4）从管理学角度-效率是指在特定时间 内，组织的各种投入与产出之间的比率关 系。效率与投入

10、成反比，与产出成正比。 公共部门的效率包括两方面：一是生产效 率，它指生产或者提供服务的平均成本； 二是配置效率它指所提供的产品或服务是 否能够满足人的不同需求。5.热机效率热机工作时转变为有用功的热量跟 燃料燃烧时放出的热量的比值叫做热机 的效率，如果用表示热机的效率， Q1表示燃料提供的热量，Q2表示耗散的 热量，W表示所做的机械功，则有=W/ Q1=( Q1-Q2) / Q1=1- Q2/ Q1。 由此可 知Q1越大，Q2越小，热机效率越高，它 表明了热机中热量的利用程度。 （二）（二） “ “机械效率机械效率” ”及相关知识的联系及相关知识的联系 6.电源效率 电源效率是指电源的电能利

11、用率，也 就是电源从外部吸收功率与向负载输 出功率两者之的比值。高效率的电源 可以提高电能的使用效率，在一定程 度上降低电源自身功耗和发热量。（二）（二） “ “机械效率机械效率” ”及相关知识的联系及相关知识的联系 热机的效率是热机问世以来科学家、发明 家和工程师们一直研究的重要问题。现在 的内燃机和喷气机跟最初的蒸汽机相比， 效率虽然提高了很多，但从节约能源的要 求来看，热机的效率还远远不能满意。现 在最好的空气喷气发动机，在比较理想的 情况下其效率也只有60。用途最广的内 燃机，其效率最多只达到40。大部分能 量被浪费掉了。（三（三） “ “机械效率机械效率” ”在生活中的应用在生活中的

12、应用 在热机里，燃料燃烧不充分所损失的能量 很少，可以忽略不计。能量损失主要有下 面几个方面： 一、废气带走的热量 二、机械散热带走的热量 三、机械之间摩擦损失的能量 蒸气机的效率：6%15% 汽油机的效率：25%35%（三（三） “ “机械效率机械效率” ”在生活中的应用在生活中的应用早期蒸汽机1% 蒸汽机6%15%汽油机 22%27% 柴油机28%37% 起重机：40%50% 空气喷喷气发动发动 机： 50%60% 初中物理课程标准理念： 生活走向物理，从物理走向社会； 重科学探究，提倡学习方式多样化； 注意学科渗透，关心科技发展；学习需要学习需要 教学目的教学目的为什么教为什么教？教学内

13、容教学内容 教学目标教学目标教什么教什么？教学策略教学策略如何教如何教？教学效果教学效果怎样评价怎样评价教学策略要解决的几个问题教学策略要解决的几个问题二、 “ “机械效率机械效率” ”的教学的教学策略 教学综述：机械效率是一个抽象的概念，要理解 机械效率必须先理解有用功、额外功和总功的概 念。概念嵌套，逻辑关系比较复杂。解决方法： 通过学生观察现象，以及动手实验探究创设物理 情境，在观察实验的基础上充分探讨，明确有用 功、额外功、总功的意义，通过对数据分析、比 较，得出机械效率的定义，并根据测量数据计算 各组装置的机械效率。分析简单机械的机械效率 与哪些因素有关，研究提高机械效率的方法，从

14、而更加深入的理解机械效率。二、 “ “机械效率机械效率” ”的教学的教学策略 教学原则：提高学生的学习能力和动手能力，培 养学生的观察能力、分析能力和归纳能力，让学 生在学习知识的过程也熟练掌握一些基本的科研 态度、科研方法和科研步骤。教学方法：观察现象，发现特征；启发引导、科学探究；归纳总结、形成规律。二、 “ “机械效率机械效率” ”的教学的教学策略教教 学学策策 略略4.4.引导分引导分 析推理析推理5.5.建立物建立物 理概念理概念7.7.进行教进行教 学评价学评价1.1.确定重确定重 点难点点难点3.3.实施探实施探 究活动究活动2.2.创设物创设物 理情境理情境6.6.测定与测定与

15、 应用应用 1.1.重点难点分析重点难点分析 重点：重点：建立机械效率及相关概念，理解机械效 率的意义，会分析和测定动滑轮和斜面的机械 效率。通过引用学生认知中已有的概念如正 确率、点击率进行类比，来帮助建立机械效率 的概念。 难点：难点：利用分析比较和实验探究方法，将抽象 的物理概念具体化。在掌握知识的同时，学习 科学思维方法。 二、 “ “机械效率机械效率” ”的教学的教学策略教学设计示例一教学设计示例一新奇的实验现象 新鲜的实践体验 新颖的认知冲突兴趣兴趣求知求知2.2.创设物理情境的策略创设物理情境的策略联系实际：生活中经常 需要将物体举高，如工 人抬饭箱；将书包背起 来的过程，都需要对物 体功。二、 “ “机械效率机械效率” ”的教学的教学策略教学设计示例二教学设计示例二2.2.创设物理情境的策略创设物理情境的策略起重机将建筑构件吊起起重机将建筑构件吊起。物体沿斜面坡道上升。物体沿斜面坡道上升。汽车在盘山公路上行驶。汽车在盘山公路上行驶。 3.3.实施探究活动的策略（以斜面为例）实施探究活动的策略（以斜面为例） 组装器材组装器材教学设计示例三教学设计示例三二、 “ “机械效率机械效率” ”的教学的教学策略100100100100150150200200200200150150N N0 00 0505050501001001