机械效率的实验探究教例

【进入情境 观察思考】创设实验情境：（学生分组实验并观察思考）请利用所给定的滑轮组，进一步验证功的原理。（装置之一如右图）说明：这一装置与一般的实际应用的滑轮组的装置非常类似，所以在现实生活中具体普遍意义。在这一实验在，实验的操作及设计问题在功的原理那一节已经完成了，相信学生能够非常顺利地完全这一实验。但很明显，这个实验存在额外功的问题，也就是说这一机械有机械效率的问题。这才是创设这一实验情境的最终目标所在。【确定矛盾 提出问题】1．比较外力对机械所做的功与机械克服阻力所做的功的大小。说明：这是特别提请学生注意的是：很多学生把机械克服阻力所做的功与机械克服重物所做的功相混淆。这是一个概念性的理解问题。所以严格地讲，上述的这一问题是上述实验所没办法解决的。所以这给学生留下一个强烈的思维矛盾。2．比较外力对机械所做的功与机械克服重物重力所做的功的大小。（实验结果：外力对机械所做的功大于机械克服物重所做的功）3．得出上述的实验结果，你有什么认识？（可能这时学生的感想和不同意见很多，但教师应把他归纳到下面这一点上）（外力直接对物体所做的功比利用机械时外力对机械所做的功要小）说明：这时的学生的思维矛盾更加激化了：既然使用机械反而费功，为什么在生产与生活中还要不断地大量使用机械呢？学生的这种“使用机械就能达到省功目的的”日常生活错误经验经常在学生的思维在作怪，这也是学生的思维产生矛盾与激化的原因所在。让学生明白：使用任何一种机械都不能省功（就是自然界中的普遍规律——功的原理决定的）。4．几个概念的界定：    （1）机械克服有用阻力所做的功叫有用功，用w有表示。（学生举例：如上述实验中的机械克服重物做的功）（2）外力对机械所做的功叫总功，用w总表示。（学生举例：如上述实验中的手拉绳子所做的功）5．提出问题：对于机械来说，有用功在总功中的比例具有很重要的现实意义。（提出机械效率的概念）说明：这一个环节的最终目的不是要得到什么规律，只不过让学生学会探究机械效率在机械使用过程中的作用罢了。【全面分析 确定假说】    不必须确定假说【制定计划 实验研究】1．实验目的：对于同一机械对不同物体做功时的机械效率探究和不同机械对同一物体做功的探究。说明：这一实验过程的提出就是为了进一步探究机械效率在机械使用过程中的应用，故要求学生进一步探究同一机械在不同情况下的机械效率及同一物体被不同机械做功的机械效率问题。2．实验过程分析：   （1）研究机械效率问题无非是知道有用功与总功的比值问题；   （2）同一个重物被不同的机械做功（可以是同一滑轮组，但绳子绕法不同）；同一机械对不同的重物做功。3．四个实验过程的装置如右图所示：  说明：对实验装置的设计蕴藏着非常严密的逻辑思维与有创造性的发散思维，述的四个实验可以要求学生自己设计，以可以在教师所设计的实验设计方案的初步框架中让学生完成。具体所要求的难度大小由学生的具体程度而定，不强求统一。上述的四个实验装置的设计可以是多样性的，不要拘泥于一种形式。最具体说服力的是各种各样的形式都有涉及到。4．学生分组实验，并记录实验数据【分析现象 解释数据】1．要求每一小组的学生对所得的实验数据进行列表处理。 外力（n）重物（n）（可以是其它）外力通过距离（厘米）重物通过距离（厘米）外力对机械做的功（焦）机机械克服有用阻力做的功（焦）机械效率机械1对物体1做功       机械1对物体2做功       机械2对物体上做功       机械2对物体2做功       说明：对实验现象或数据转化为图表是种重要的对实验现象进行处理的能力，要不断地培养学生这方面的能力。2．小组内学生对实验现象或数据进行交流讨论，并派一名代表进行表述。【提出结论 评价预测】1．学生得出结论：同一机械对不同物体做功的机械效率是不同的，不同的机械对同一种物体做功的机械效率也是不同的。机械效率是衡量一种机械的性能的重要物理量。2．对上述的实验过程进行评述：    （1）实验过程的必须考虑的因素有？（2）机械效率的物理意义？3．评价现实问题：    （1）有人说越省力的机械，其机械效率就越高，此话是否正确？为什么？    （2）使用机械总要做额外功，为什么还要用机械呢？【彼此讨论 交流结果】学生彼此交流实验结果。