浅谈机械效率中有用功的定义及教学实践

摘   要：在分析一道具有争议的例题中，发现各版本初中物理教材对于有用功的定义较为抽象，学生缺乏正确界定有用功的方法。从能量的角度分析有用功的实质，结合学生抽象思维能力较弱的特点，对机械效率中有用功、额外功、总功进行具体定义，并将其融合在实际课堂教学中，为机械效率概念教学提供新思路。

关键词：初中物理；组合机械；机械效率；有用功；情景教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2022）10-0056-4

机械效率是继功、功率学习后引入的反映机械做功性能的物理概念。初中物理课程标准要求学生在知道机械效率的基础上，测量简单机械的机械效率以知道提升效率的方法。由于机械效率概念具有抽象性，在缺乏能量观的情况下，学生难以正确理解机械效率的物理意义。在实际课堂教学中，教师采用情景教学法列举生产生活中的实例，从做功的角度让学生区分有用功、额外功及总功，进而理解机械效率[1]。在测量简单机械的机械效率中，对于有用功的正确判断也尤为重要。关于有用功的定义，不同版本的初中物理教材内容各不相同，不同的教师也有各自的见解，学生缺乏界定有用功的方法。下面以一道题为例，浅谈如何正确界定有用功。

1    关于一道例题的争论与思考

例题1 玻璃装运车间常用“低压吸盘吊车”进行吊运玻璃（图1甲），先将6个吸盘压在玻璃上，然后启动抽气机使吸盘内的气压减小，在大气压作用下将玻璃“吸”起，再启动电动机牵引滑轮组上的绳子就可以将玻璃吊起。图1乙为低压吸盘吊车结构示意图，假设6只吸盘及支架共重为450 N，每个滑轮重150 N，在某次吊装过程中，吊车将一块重为900 N的玻璃以0.2 m/s的速度吊高2 m，不计抽气管和绳重，不计绳子与滑轮的摩擦。在提升该玻璃的过程中，吊车上的滑轮组的机械效率为___________。

学生对情景4的有用功判断完成知识迁移。对比竖直滑轮组提升重物与水平滑轮组水平移动重物中有用功的区别，学生掌握判断有用功的方法。对比情景3、情景4，同一滑轮组在两个不同情景下的机械效率存在差异，体现了机械效率并不是机械的固有属性，为接下来提出如何提高滑轮组机械效率问题提供切入点。

4    结  语

回顾具有争议性的例题，界定吊车上滑轮组机械效率有用功为：在不使用滑轮组的情况下，为达到相同目的，需要对吸盘支架及玻璃直接施加动力将其匀速竖直提升相同距离，克服吸盘支架及玻璃的重力所做的功为有用功。

初中学生抽象思维能力较弱，难以了解初中物理教材中对有用功的描述性定义，易对例题中的有用功形成错误的判断。从能量角度分析，有用功的实质为能量通过机械传递给目标物体，运用等效思想将物体从机械中分离，提出有用功的具体定义，为学生正确、简便界定有用功提供新的思路。教师利用真实物理情景开展课堂教学，在情景分析过程中对总功、有用功、额外功、机械效率的概念进行具体定义，让学生掌握有用功的判断方法，学会计算简单机械的机械效率问题。

参考文献：

[1]王建，郑丹丹.促进初中物理“机械效率”概念理解的实践探索[J].物理教学探讨，2020，38（11）：69-71.

[2]曹可攀.由“提水桶”问题到突破滑轮组机械效率的计算问题[J].物理教师，2020，41（5）：43-44.

[3]任少铎.“机械效率”教材比较与教学设计[J].教育研究与评论：中学教育教学，2021（2）：89-91.

[4]李树军.机械原理[M].北京：科学出版社，2009.

[5]张辉.怎样理解滑轮组的机械效率？[J].物理教学探讨，2006，24（2）：12-13.

[6]蒲先和.对机械效率问题中“有用功”的理解[J].物理教师，1995，16（9）：18.

（栏目编辑    蒋小平）