师：同学们，大家好！今天我们一起来学习第九章第五节——探究使用机械是否省功。在学习本节课之前，我们先来看一下本节的学习目标。第一，探究使用机械是否省功；第二，了解什么是有用功、额外功和总功；第三，理解什么是机械效率。其中，第二点和第三点是本节的学习重点。
在学习本节课之前，我们先来回忆一下什么是功。我们认为，有力作用在物体上，并且物体沿力的方向移动了一段距离，我们就称该力对物体做了功。显然，做功的两个必要因素是有力且有距离。我们把力和距离的乘积称为功，必须同时具备力和距离，才能称物体做了功。
接下来，请同学们看以下两幅图。这两幅图展示的是生活中常见的两种机械，第一个是鱼竿，第二个是滑轮组。请同学们思考一下，我们使用机械的目的是什么呢？鱼竿是生活中的费力杠杆，既然是费力杠杆，我们为什么还要使用它呢？因为鱼竿能够省距离。那为什么要使用滑轮组呢？使用滑轮组这种机械的目的又是什么呢？很显然，我们使用滑轮组是为了省力。
请同学们思考，有的机械可以省距离，有的可以省力，那使用机械是否可以省功呢？有的同学认为使用机械可以省功，有的同学认为不能省功。这些都只是我们的猜想，实践才是检验真理的唯一标准。接下来，我们通过实验来探究使用机械是否省功。
请同学们看第一幅图，这是动滑轮，在生活中比较常见，使用动滑轮进行实验，操作起来非常简便。想知道使用动滑轮提升物体是否省功，必须与不使用机械直接提升物体做功的多少进行比较。
第一幅图是直接提升物体，有同学可能会问，为什么要用弹簧测力计来提升呢？这是因为我们用弹簧测力计代替手，这样可以直接从弹簧测力计上读出力的大小。在实验过程中，除了用弹簧测力计直接提升物体，我们还要使用动滑轮来提升，这样才能进行比较，从而得知使用机械是否省功。
在实验过程中，为了确保实验的准确性，需要控制变量。因此，我们采用这两种方法提升物体时，一定要注意两次提升的是同一个物体，并且要提升到相同的高度。请同学们思考，在实验过程中我们还需要注意哪些问题呢？比如以什么样的速度提升物体？如何读取弹簧测力计上的示数？怎样确保两次提升物体的高度相同？
有同学认为，在实验过程中应该竖直向上缓慢匀速地提升物体。因为在匀速提升物体时，物体处于平衡状态，这样直接提升物体时拉力才等于重力，所以我们要尽可能缓慢、匀速地提升物体。
其次，我们在进行读数时，一定要注意在弹簧测力计提升的过程中读数。因为在提升过程中需要克服绳子的摩擦力做功，静止和提升过程中弹簧测力计的示数是不同的，所以一定要在提升过程中读数。
最后，为了确保实验过程中每次提升物体的高度相同，我们需要注意记录物体的初始和最终位置。以上就是实验的整个过程和注意事项，接下来请同学们观看实验视频。
直接提升物体，使其匀速竖直上升一段距离，观察测力计示数并记录提升的高度。然后按照如图所示安装实验器材，在动滑轮下挂上物体，弹簧测力计钩住绳的自由端，匀速竖直拉动弹簧测力计，提升物体到相同高度，记录测力计示数，将测量的数据记录到实验数据表格中。
分析数据我们发现，直接用手提升物体做功(W_1)小于使用动滑轮提升物体到同样高度所做的功(W_2)。
这是某位同学所做的实验数据，我们来看一下。这位同学直接提升物体所做的功为(0.6)焦耳，用动滑轮提升物体所做的功为(0.8)焦耳，显然直接提升物体做的功小于动滑轮提升物体所做的功，即(W_2＞W_1)。这位同学的实验结论与刚才我们所看实验视频的结论相符，也就是使用动滑轮提升物体是不能省功的。
我们一起来思考一下，在刚才的实验视频中，为什么使用动滑轮提升物体会多做功呢？请同学们看这幅图，通过图像可以发现，在使用动滑轮提升物体时，不可避免地要提升动滑轮以及绳子，并且在提升过程中，绳子与轮子之间还有摩擦力。因此，我们需要克服动滑轮的重力、绳子的重力以及摩擦力而多做功，所以使用动滑轮提升物体是不能省功的。这是生活中常见的一种机械。
请同学们看下面几幅图，第一个是定滑轮，第二个是斜面，第三个是杠杆，第四个是滑轮组。请同学们思考，使用这些机械也不能省功吗？比如我们以斜面为例，在斜面上推动物体时，物体向上运动，会受到斜面给它的一个向下的摩擦力，那么我们就需要克服摩擦力而多做功，因此使用斜面也是不能省功的。
接下来我们以杠杆为例，再次通过实验探究杠杆是否省功，请同学们观看实验视频。
用杠杆提升物体的过程中情况又会怎样呢？为此，我们可以通过实验测出直接用手提升物体做功(W_1 = G×h)，使用杠杆完成同样的工作做功(W_2 = F×s)，然后比较(W_1)与(W_2)的大小关系，便可知道使用杠杆是否省功。
我们先用弹簧测力计匀速竖直提升物体一段距离，观察弹簧测力计示数并记录提升的高度。然后按照如图所示安装实验器材，在杠杆(\frac{1}{3})处挂物体，弹簧测力计勾在杠杆的最末端，匀速竖直拉动弹簧测力计，提升物体到相同高度，记录测力计示数，将测量的数据记录到实验数据表格中。
分析数据我们发现，直接用手提升物体做功(W_1)小于使用杠杆提升物体到相同高度所做的功(W_2)。与使用动滑轮提升重物类似，直接提升物体拉力做的功(W_1)小于使用杠杆提升物体所做的功(W_2)，这是因为(W_2)中还包括了提升杠杆做的功以及克服摩擦做的功。由此我们得出结论，使用杠杆提升物体相比于直接用手提升物体可以省力但不省功。
通过大量的实验，我们发现使用任何机械都不能省功，也就是说我们使用任何机械都会做一定量的无用功。
接下来我们以动滑轮为例，了解一下什么是有用功、额外功和总功。我们在使用动滑轮提升物体的时候，对物体所做的功称为有用功，因为我们使用动滑轮的目的是为了提升物体，所以对物体做的功称为有用功。但是在提升物体的同时，不可避免地要对动滑轮、绳子以及克服摩擦力做功，我们把对动滑轮、绳子以及克服摩擦力所做的这些功，称之为额外功。有用功和额外功的总和我们就称为总功。
接下来我们看一下有用功、总功和额外功应该如何计算。假设物体的重力为(G)，绳端的拉力为(F)，物体上升的高度为(h)，绳端的移动距离为(s)。同学们思考一下，有用功等于什么呢？有用功应该等于物体的重力乘以物体上升的高度，即(W_{有}=G×h)。那么总功等于什么呢？总功等于绳端的拉力乘以绳端移动的距离，即(W_{总}=F×s)。那么额外功就很容易计算了，在知道有用功和总功的前提下，额外功(W_{额}=W_{总}-W_{有})。
接下来请同学们思考下面这个问题。如图所示，我们用水桶从井中提水时所做的功中，哪一部分是有用功，哪一部分又是额外功呢？这是生活中常见的现象，同学们思考一下，我们用水桶去井中提水，哪一部分是有用功呢？显然，我们提水的目的是为了把水提上来，因此在这个过程中我们对水所做的功为有用功。但是我们想要把水提上来，必须要使用桶这种容器，同时还要用绳子把水桶提上来。那么在这个过程中，我们提水不可避免地要对水桶以及绳子做功，这一部分就是额外功。所以，对水所做的称为有用功，而对桶以及绳子所做的功称为额外功。