10.6跨学科实践 制作龙骨水车【帮课堂】2024-2025学年八年级物理下册同步学与练（ 鲁科版五四学制2024） 

10跨学科实践 制作龙骨水车 学习目标 课程标准 物理素养 5.2.1 了解我国古代的技术应用案例，体会我国古代科技对人 类文明发展的促进作用。 一、知识与技能目标： 理解龙骨水车的结构原理及涉及的简单机械（轮轴、杠杆）作用，掌握制作简易模型的工具使用与组装技能。 二、过程与方法目标： 通过设计、制作与测试龙骨水车模型，经历“发现问题→改进方案”的工程实践过程，学会记录数据并分析效率影响因素。 三、情感态度与价值观： 感悟古代劳动人民的智慧与创造力，增强文化自信，培养团队协作精神及合理利用水资源的可持续发展意识。 四、科学能力与创新： 能结合现代材料或技术优化传统水车设计（如减轻摩擦、提升传动效率），提出创新改进方案，发展跨学科实践能力。 03 知识梳理 知识点01 我国“龙骨水车”的历史及结构功能 陆游在《春晚即事》中写道:“龙骨车鸣水入塘，雨来犹可望丰穰.”诗中的龙骨车即为龙骨水车.查阅资料，了解我国古代“龙骨水车”的工作原理，其构造如图甲所示. 如图乙所示，小龙头轴及刮水板浸入低处的水中，人握住扶手用脚踏动脚踏板，驱动大龙头轴(主动轴)转动，带动链条(由刮水板等组成)运动，进而带动小龙头轴(从动轴)转动，这一过程中刮水板将水带入车桶内，板叶刮水上行，将低处的水刮传至高处的农田中，实现灌溉. 龙骨水车，又称翻车、踏车，是一种历史悠久的提水灌溉工具，其工作原理巧妙地结合了杠杆原理、能量转换等多个物理概念。下面我们来详细解析其工作原理： 1. 基本构造 龙骨水车主要由车槽（或称为水槽）、龙骨（支撑结构）、链条（或绳索）、踏板以及水轮等组成。车槽通常呈长方形，固定在龙骨上，用于盛水；龙骨则作为整个水车的骨架，支撑起整个结构；链条或绳索连接着踏板和水轮，通过人力踩动踏板来驱动水轮转动；水轮则带动链条或绳索以及与之相连的车槽循环运动，从而实现提水功能。 2. 杠杆原理 在龙骨水车中，杠杆原理的应用主要体现在踏板和链条（或绳索）的连接上。当人力踩下踏板时，踏板作为杠杆的一端，通过链条（或绳索）传递到水轮上，形成力矩，使水轮开始转动。这个过程中，踏板的长度、链条（或绳索）的拉力以及水轮的转动半径都构成了杠杆系统的关键要素，通过合理的设计，可以实现较小的输入力（人力）驱动较大的输出力（水轮的转动）。 3. 工作流程 综上所述，龙骨水车的工作流程可以概括为：人力踩动踏板 → 踏板通过杠杆原理驱动水轮转动 → 水轮带动链条（或绳索）和车槽循环运动 → 车槽中的水被提升并灌溉农田 → 水在重力作用下流回低处，同时水槽继续运动，完成下一个循环。 综上所述，龙骨水车通过巧妙地结合杠杆原理和能量转换原理，实现了高效、节能的提水灌溉功能，是古代劳动人民智慧的结晶 知识点02 制作“龙骨水车”模型 1. 材料选择 ‌传统与现代结合‌：考虑使用传统材料（如木材、竹子）以体现龙骨水车的历史韵味，同时也可探索现代材料（如轻质金属、塑料、复合材料）的应用，以提高模型的耐用性和轻便性。 ‌环保与可持续性‌：优先选择可再生、易回收的材料，减少对环境的影响。 ‌成本效益‌：平衡材料成本与模型质量，选择性价比高的材料。 2. 结构布局 ‌龙骨设计‌：讨论龙骨的形状、尺寸和强度，确保其能稳定支撑整个水车结构。 ‌水槽布局‌：确定水槽的数量、大小和间距，以及它们如何固定在龙骨上，以实现高效的水流传输。 ‌平衡与稳定性‌：考虑水车在运转时的平衡问题，设计合理的支撑结构和重心分布，防止倾覆。 3. 传动方式 ‌人力驱动‌：探讨踏板的形状、位置和力度要求，以及如何通过链条、齿轮或皮带等传动机构将人力转化为水轮的旋转力。 ‌自动化尝试‌：鼓励创新思维，考虑是否可以引入简单的机械自动化元素，如利用风能、太阳能或小型电机作为辅助动力源。 ‌效率优化‌：分析不同传动方式下的能量损失，寻找提高传动效率的方法。 4. 附加功能与创新点 ‌调节机制‌：设计可调节水槽角度或水轮转速的机制，以适应不同的灌溉需求和水源条件。 ‌美观与装饰‌：讨论如何在保持实用性的同时，增加模型的美观性和文化元素，如雕刻、彩绘等。 ‌教育与展示‌：考虑模型如何更好地用于教学演示和科普展览，如添加说明标签、互动元素等。 5. 安全与维护 ‌安全设计‌：确保模型在使用过程中不会对使用者造成伤害，如设置防护罩、防滑踏板等。 ‌易于维护‌：设计易于拆卸和组装的结构，方便日后维护和修理。 每个小组在讨论过程中，应充分发挥团队成员的想象力和创造力，同时也要注意方案的可行性和实用性。通过集思广益，不断优化设计方案，最终制作出既符合历史传统又融入现代科技元素的龙骨水车模型。 04 题型精讲 【题型一】龙骨水车的能量转换 龙骨水车的工作过程中涉及多种能量形式的转换： ‌人力转化为机械能‌：当人们踩动踏板时，人体内的化学能被转化为机械能，驱动踏板和水轮运动。 ‌重力势能转化为动能‌：当水车的水槽从低处向高处提升时，水被提升的过程中，其重力势能增加。当水槽到达最高点并开始向下运动时，水的重力势能逐渐转化为动能，使水能够流动并灌溉农田。 ‌动能转化为重力势能‌（在水车循环的另一部分）：当水槽从高处向低处运动时，水的动能又逐渐转化为重力势能（在水槽再次被提升前），形成一个循环。 【例题1】如图展示了我国古代劳动人民的智慧成果，对其中所涉及的物理知识，下列说法不正确的是（　　） A．龙骨水车利用了轮轴，从而省力 B．古代的沙漏是能够测量时间的工具 C．水碾的碾石选用厚重的石材，目的是为了减小碾石对谷物的压强 D．从两心壶的壶嘴能分别倒出两种不同的液体，这一功能的实现利用了大气压 【对应训练】2024年6月，如图甲所示，江西暴雨积水，村民搬出古老神器，使用龙骨水车紧急排水。龙骨水车是一种利用风力或人力、畜力等动力驱动，将水从低处提升到高处的古老灌溉工具。其构造如图乙所示，主要由水槽、大轮、刮水板等组成，形似龙骨，因此得名。下列相关物理知识描述不正确的是（　　） A．当刮水板在水槽中运动时，刮水板与水之间的相互作用力使得水被提升 B．当水车受到外力驱动刮水上行时，水的重力势能转化为动能 C．停止摇动拐木时，刮水板不能马上停下来，说明其具有惯性 D．刮水板的面积越大，水车旋转一周提升的水越多 【对应训练】龙骨水车亦称“翻车”、“踏车”、“水车”，因为其形状犹如龙骨，故名“龙骨水车”，是我国历史上的主要灌溉农具。它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中脚踏部分的结构如图乙所示。水车安放在河边，下端水槽和刮板直伸水中，另一端的木齿轮固定于堤岸的木架上，用时踩动脚踏部分使木齿轮转动，通过木链带动槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田地。结合上面的资料，下面说法正确的是（　　） A．龙骨水车脚踏部分做的面积比较大，目的是减小脚踏对脚的压力 B．龙骨水车提水的原理与生活中的抽水机工作原理不相同 C．龙骨水车把水匀速提到高处，提起的水机械能不变 D．人踩踏板驱动水车，人对踏板的作用力与踏板对人的作用力是一对平衡力 0501 强化训练 一、基础强化 1．图甲是《天工开物》中记载的一种汉代晚期发明的吸水装置——“龙骨水车”，它是利用齿轮和链的传动来吸水的灌溉农具，时至今日，我国农村的部分地区仍在使用这种工具。 （1）图乙是水车的脚踏板，它是一个 （填“滑轮”“斜面”或“轮轴”）；脚踏板的踏面做得很宽大，是为了减小踏板对脚的 （填“受力面积”“压力”或“压强”）； （2）水车将水从低处匀速推向高处的过程中，水的动能 ，水的机械能 （均填“增大”“减小”或“不变”）。 2．龙骨水车是一种古代用于农田灌溉的工具，它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中刮板宽度与水槽宽度相近，用力踩脚踏使木齿轮转动，通过木链带动槽内刮板刮水上行，倾灌于地势较高的田地，如图所示。龙骨水车的水槽横截面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ；当踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 。 3．在跨学科实践活动中，同学们以“我国古代的‘龙骨水车’”为主题开展研究。 【项目提出】 作为我国非物质文化遗产的“龙骨水车”，具有丰富的人文教育意义。“龙骨水车”在结构设计、工作原理和实际应用中涉及了物理学、工程技术、能源材料、历史人文等多领域的知识。 【项目分解】 （1）查阅资料，了解我国古代“龙骨水车”的工作原理。 （2）制造简易“龙骨水车”。 【项目实施】 （1）查阅资料，了解我国古代“龙骨水车”的工作原理。 “龙骨水车”是我国古代江南地区主要的灌溉农具之一，是一种历史悠久的提水设施，相当于现代的抽水机，其构造如图（a）所示： 《天工开物》中有“数尺之车，一人两手疾转，竟日之功可灌二亩而已”的记载。如图（b）所示，将水车一端浸入水中，另一端固定于岸上。使用时摇动长柄摇杆，使轮轴转动，带动嵌满刮水板的链条运动，槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田中； ①使用时，人对摇杆施加力的作用使轮轴转动，相当于在使用一个 （选填“省力”或“费力”）杠杆。木链条运动起来，一定质量的水被水车提升到高处重力势能 （选填“增大”或“减小”）； ②写出一条提高“龙骨水车”提水效率的方法： ； （2）制造简易“龙骨水车”。 “龙骨水车”的制作首要是选材。优先考虑的是提高材料的端面硬度和强度（材料的弹性模量越大，强度越大），以保证水车稳固、联动和耐久；其次再考虑材料的密度，仅为了搬运的方便。为此，同学们查阅到几种木材的特性如下表： 木材种类 端面硬度/N 弹性模量/GPa 密度/（） 湿地松木 2570～4000 10.4～13.2 0.55～0.75 水曲柳木 4010～6500 10.4～16.2 0.55～0.75 槐木 4010～10000 7.5～13.2 0.55～0.95 柞木 6510～10000 10.4～16.2 0.55～0.95 制作“龙骨水车”应选 材料最好。老师为学习小组提供“龙骨水车”模型组件，按照说明书组装水车，如图（c）所示： 【项目拓展】 现代很多机械与“龙骨水车”的原理相似，例如图（d）所示的链斗式输送机。链斗式输送机是一种用沿轨道运行的料斗来输送物料的设备，应用于电站、矿山、煤炭等行业，进行松散物料的输送。下面是某型号链斗式输送机在某次工作中的相关数据。 ××型号链斗式输送机的功率 每分钟提升物料的质量 每分钟提升物料的高度 10kW 4t 11.4m 该链斗式输送机在本次工作过程中，每分钟输出的总功为 ，效率为 。（g取10N/kg） 4．如图甲所示为明代宋应星《天工开物》中描述的龙骨水车，它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中脚踏部分的结构如图乙所示。水车安放在河边，下端水槽和刮板直伸水中，另一端的木齿轮固定于堤岸的木架上，用时踩动脚踏部分使木齿轮转动，通过木链带动槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田地。    请你利用你所学过的知识，结合上面的资料，回答下面的问题： （1）龙骨水车脚踏部分相当于简单机械中的 ； （2）龙骨水车提水的原理与生活中的抽水机工作原理是否相同？ ； （3）用龙骨水车把水提到高处，水的机械能如何变化 ？ 5．如图甲所示为明代宋应星《天工开物》中描述的龙骨水车，它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中脚踏部分的结构如图乙所示。水车安放在河边，下端水槽和刮板直伸水中，另一端的木齿轮固定于堤岸的木架上，用力踩动脚踏部分使木齿轮转动，通过木链带动槽内刮板上行，倾灌地势较高的田地。 (1)下列因素中，哪些与水车提升水的功率有关______（填序号）； A．刮板的面积 B．田地的面积 C．工人踩动脚踏的速度 D．工人的体重 (2)若工人踩动脚踏做功的功率为50W，1分钟内工人做功为 J，龙骨水车的机械效率为40%，则1分钟内龙骨水车可以对水做的有用功为 J，意味着这段时间之内可以把体积为 水提升到4米高的田地中。（取，） 6．如图甲为明代宋应星《天工开物》中描述的龙骨水车，它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中脚踏部分的结构如图乙所示。水车安放在河边，下端水槽和刮板直伸水中，另一端的木齿轮固定于堤岸的木架上，用时踩动脚踏部分使木齿轮转动，通过木链带动槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田地。 (1)龙骨水车脚踏部分相当于简单机械中的轮轴，匀速刮水上行时水的 能增大。（填“动”或“重力势”）。刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ，（填“多”或“少”），当工人踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 ；（填“大”或“小”） (2)若工人踩动龙骨水车旋转一周可将0.02m3的水提升到4m高的田地中，所用时间为60s，工人做功的总功率为40W，则该过程中工人做的有用功为 J，机械效率为 %（保留整数，g取10N/kg）。 该过程中工人做的有用功为 机械效率为 二、素养提升 7．“龙骨水车”是我国古代江南地区主要的灌溉农具之一，是一种历史悠久的提水设施，相当于现代的抽水机，其构造如图（a） 所示：《天工开物》中有“数尺之车，一人两手疾转，竟日之功可灌二亩而已”的记载。如图（b） 所示， 将水车一端浸入水中，另一端固定于岸上。使用时摇动长柄摇杆，使轮轴转动，带动嵌满刮水板的链条运动，槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田中。 (1)使用时，人对长摇杆施加力的作用使轮轴转动，相当于在使用一个 （省力/费力）杠杆。木链条运动起来，一定质量的水被水车提升到高处重力势能 （增大/减小）； (2)若工人踩动龙骨水车旋转一周可将0.03m3 的水提升到4m高的田地中，所用时间为60s，工人做功的总功率为50W，则该过程中龙骨水车所做的有用功为 J，工人做的总功为 J，机械效率为 % 。（ρ水=1.0×10³kg/m³，g取10N/kg） (3)写出一条提高“龙骨水车”提水功率的方法： ；写出一条提高“龙骨水车”提水效率的方法 8．如图甲所示为明代宋应星《天工开物》中描述的龙骨水车，它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中脚踏部分的结构如图乙所示。水车安放在河边，下端水槽和刮板直伸水中，另一端的木齿轮固定于堤岸的木架上，用时踩动脚踏部分使木齿轮转动，通过木链带动槽内刮板上行，倾灌地势较高的田地。 （1）龙骨水车脚踏部分相当于简单机械中的 ； （2）刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 （选填“多”或“少”），当工人踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 （选填“大”或“小”）； （3）若工人踩动龙骨水车旋转一周可将的水提升到4m高的田地中，所用时间为60s，工人做功的总功率为50W，则该过程中龙骨水车所做的有用功为 J，工人做的总功为 J，机械效率为 %。（，g取10N/kg） 9．如图甲所示为《天工开物》中描述的龙骨水车，它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中脚踏部分的结构如图乙所示。水车安放在河边，下端水槽和刮板直伸水中，另一端的木齿轮固定于堤岸的木架上，用时踩动脚踏部分使木齿轮转动，通过木链带动槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田地。 (1)龙骨水车刮水上行时水的 能增大。 (2)刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ，当工人踩动脚踏的速度变大时，提升水的功率会变 。 (3)若工人踩动龙骨水车旋转一局可将30kg的水提升到4m高的田地中，所用时间为60s，工人做功的总功率为50W，则该过程中工人做的总功为 J，机械效率为 %。 (4)如图丙所示，水龙头开关的设计也应用了同样的原理，为了更省力，开关应选用 （选填“①”或“②”）。 W=Gh=mgh由此可知，刮水越多，对水所做的功越多。 [2]当工人踩动脚踏的速度加快时，水车旋转一周的时间变短，根据可知，提升水的功率会变大。 W总=Pt=50W×60s=3000J[2]水的重力为 G=mg=30kg×10N/kg=300N将水举到高处对水做的功为 W有=Gh=300N×4m=1200J机械效率为 10．龙骨水车是一种古代用于农田灌溉的水车工具。它包括固定整台水车的木架、操作者脚下的大轮和踏板、连接水槽和水源的木质水槽、安装在水槽另一端的小轮，以及连接大轮和小轮的木制链条。下链轮和车身一部分没入水中，通过操作者踩踏踏板，驱动链轮，叶板就沿水槽刮水上升，到水槽上端将水送出，使水车能够从水源抽水灌溉田地。 (1)龙骨水车脚踏和大轮部分相当于 （填写简单机械名称），刮水上行时水的 能增大； (2)刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ；当踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 ； (3)劳动课上，小明踩动龙骨水车旋转一周可将约20L水提升到离水源3m高的田地中，所用时间为60s，小明做功的总功率为40W，则该过程中做的总功为 J，机械效率为 %（g取10N/kg）。 11．如题图甲所示为明代宋应星《天工开物》中描述的龙骨水车，它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中脚踏部分的结构如图乙所示。水车安放在河边，下端水槽和刮板直伸水中，另一端的木齿轮固定于堤岸的木架上，用时踩动脚踏部分使木齿轮转动，通过木链带动槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田地。 （1）龙骨水车脚踏部分相当于简单机械中的 ，刮水上行时水的 能增大； （2）刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ，当工人踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 ； （3）若工人踩动龙骨水车旋转一周可将0.025m3的水提升到4m高的田地中，所用时间为60s，工人做功的总功率为40W，则该过程中工人做的总功为 J，机械效率为 %（保留整数，取10N/kg）。 三、能力培优 12．请阅读《龙骨水车》并回答问题。 龙骨水车 陆游在《春晚即景》中写道：“龙骨车鸣水入塘，雨来犹可望丰穰。”诗中的龙骨车即为龙骨水车，因其结构形如长龙骨架而得此名，是一种用于排水和灌溉的机械。龙骨水车约始于我国东汉时期，三国时期的机械大师马钧予以改进，之后一直在农业上发挥着巨大的作用。 如图甲所示，龙骨水车的主体由两部分组成，一是取水部分的车桶、大龙头轴、小龙头轴、刮水板等；二是人操作部分的扶手和脚踏板等。龙骨水车通体由木质板材构成，并大部分采用榫接和链接结构，简单的材料、成熟的技艺，使龙骨水车很容易制作。 龙骨水车在工作时主要利用链轮传动原理，即当主动轴旋转时，链条与固定在主动轴上的链轮相咬合，从而带动固定在从动轴上的链轮旋转，使从动轴获得动力。如图乙所示，小龙头轴及刮水板浸入低处的水中，人握住扶手用脚踏动脚踏板，驱动大龙头轴（主动轴）转动，带动链条（由刮水板等组成）运动，进而带动小龙头轴（从动轴）转动，这一过程中刮水板将水带入车桶内，板叶刮水上行，将低处的水刮传至高处的农田中，实现灌溉。 如图甲、乙所示的龙骨水车是用脚踩驱动的，称为脚力水车。根据龙骨水车驱动力的不同，还有手摇驱动的手摇水车、流水驱动的水转水车、风力驱动的风力水车等。相比之下，脚力翻车较为轻便、易于搬运、对环境要求低、取水效率高，在农业灌溉中使用最广。 龙骨水车在我国已使用了近两千年，目前仍然有地区在用其灌溉，劳动人民的智慧历经千年洗练，仍然闪耀着光芒！ 请根据上述材料，回答下列问题： （1）龙骨水车在工作时主要是利用了 原理。刮水上行时水的 能增大； （2）刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ，当工人踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 ； （3）若工人某次使用龙骨水车灌溉面积为10m2的稻田，使稻田的平均水深达到0.1m，灌溉过程中水被龙骨水车提升的高度为2m，所用时间为20分钟，工人做功的平均功率为40W，则该过程中工人做的总功为 J，机械效率为 %（保留整数，不计水渗透和蒸发等损耗，水的密度为1.0×103kg/m3，g取10N/kg）。 G＝mg＝1000kg×10N/kg＝1×104N 该过程中工人做的总功为 13．阅读短文，回答问题。 龙骨水车 龙骨水车因其形如龙骨而得名，是我国历史上的主要灌溉农具。龙骨水车由水槽、木齿轮、刮水板、木制链条等组成。如图所示，车身是由木板制成的水槽，车头和车尾各装有一个木齿轮，车尾酸的是小轮，车头袭的是大轮，大轮连着拐木，木制链条上装有刮水板，套在两个木齿轮上。水车灌溉时，用力转动拐木，使大轮转动，带动水槽内刮水板刮水上行，倾灌于地势较高的田中。龙骨水车大轮上有8根辐条，木制链条上装有60块刮水板，平均每块刮水板每次能运送0.5kg的水。 (1)车头大轮与拐木组成了一个 （填简单机械名称）。拐木长度大于大轮半径，该机械相当于一个 （选填“省力”或“费力”）杠杆； (2)用龙骨水车把水提到高处，水的机械能 （选填“变大”“变小”或“不变”）； (3)人工插秧时，稻田里的水深3~5cm比较合适。现有一亩地（一亩等于），水深为1cm，农民伯伯需用该龙骨水车给稻田蓄水，他以20转/分钟的速度匀速转动大轮，待运水稳定后，每分钟能运 kg的水，若要将水蓄至4cm深，需要运 t的水，要 min才能运完。（） 14．请阅读《龙骨水车》并回答问题。 龙骨水车 陆游在《春晚即景》中写道：“龙骨车鸣水入塘，雨来犹可望丰穰，”诗中的龙骨车即为龙骨水车，因其结构形如长龙骨架而得此名，是一种用于排水和灌溉的机械。龙骨水车约始于我国东汉时期，三国时期的机械大师马钧予以改进，之后一直在农业上发挥着巨大的作用。 如图甲所示，龙骨水车的主体由两部分组成，一是取水部分的车桶、大龙头轴、小龙头轴、刮水板等；二是人操作部分的扶手和脚踏板等。龙骨水车通体由木质板材构成，并大部分采用榫接和链接结构，简单的材料、成熟的技艺，使龙骨水车很容易制作。 龙骨水车在工作时主要利用链轮传动原理，即当主动轴旋转时，链条与固定在主动轴上的链轮相咬合，从而带动固定在从动轴上的链轮旋转，使从动轴获得动力。如图乙所示，小龙头轴及刮水板浸入低处的水中，人握住扶手用脚踏动脚踏板，驱动大龙头轴（主动轴）转动，带动链条（由刮水板等组成）运动，进而带动小龙头轴（从动轴）转动，这一过程中刮水板将水带入车桶内，板叶刮水上行，将低处的水刮传至高处的农田中，实现灌溉。 如图甲、乙所示的龙骨水车是用脚踩驱动的，称为脚力水车。根据龙骨水车驱动力的不同，还有手摇驱动的手摇水车、流水驱动的水转水车、风力驱动的风力水车等。相比之下，脚力翻车较为轻便、易于搬运、对环境要求低、取水效率高，在农业灌溉中使用最广。 龙骨水车在我国已使用了近两千年，目前仍然有地区在用其灌溉，劳动人民的智慧历经千年洗练，仍然闪耀着光芒！ 请根据上述材料，回答下列问题： (1)龙骨水车在工作时主要是利用了 原理； (2)刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ，当工人踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 ； (3)若工人某次使用龙骨水车灌溉面积为的稻田，使稻田的平均水深达到，灌溉过程中水被龙骨水车提升的高度为，所用时间为20分钟，工人做功的平均功率为，则该过程中工人做的总功为 J，机械效率为 %（保留整数，不计水渗透和蒸发等损耗，水的密度为，g取）。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 10跨学科实践 制作龙骨水车 学习目标 课程标准 物理素养 5.2.1 了解我国古代的技术应用案例，体会我国古代科技对人 类文明发展的促进作用。 一、知识与技能目标： 理解龙骨水车的结构原理及涉及的简单机械（轮轴、杠杆）作用，掌握制作简易模型的工具使用与组装技能。 二、过程与方法目标： 通过设计、制作与测试龙骨水车模型，经历“发现问题→改进方案”的工程实践过程，学会记录数据并分析效率影响因素。 三、情感态度与价值观： 感悟古代劳动人民的智慧与创造力，增强文化自信，培养团队协作精神及合理利用水资源的可持续发展意识。 四、科学能力与创新： 能结合现代材料或技术优化传统水车设计（如减轻摩擦、提升传动效率），提出创新改进方案，发展跨学科实践能力。 03 知识梳理 知识点01 我国“龙骨水车”的历史及结构功能 陆游在《春晚即事》中写道:“龙骨车鸣水入塘，雨来犹可望丰穰.”诗中的龙骨车即为龙骨水车.查阅资料，了解我国古代“龙骨水车”的工作原理，其构造如图甲所示. 如图乙所示，小龙头轴及刮水板浸入低处的水中，人握住扶手用脚踏动脚踏板，驱动大龙头轴(主动轴)转动，带动链条(由刮水板等组成)运动，进而带动小龙头轴(从动轴)转动，这一过程中刮水板将水带入车桶内，板叶刮水上行，将低处的水刮传至高处的农田中，实现灌溉. 龙骨水车，又称翻车、踏车，是一种历史悠久的提水灌溉工具，其工作原理巧妙地结合了杠杆原理、能量转换等多个物理概念。下面我们来详细解析其工作原理： 1. 基本构造 龙骨水车主要由车槽（或称为水槽）、龙骨（支撑结构）、链条（或绳索）、踏板以及水轮等组成。车槽通常呈长方形，固定在龙骨上，用于盛水；龙骨则作为整个水车的骨架，支撑起整个结构；链条或绳索连接着踏板和水轮，通过人力踩动踏板来驱动水轮转动；水轮则带动链条或绳索以及与之相连的车槽循环运动，从而实现提水功能。 2. 杠杆原理 在龙骨水车中，杠杆原理的应用主要体现在踏板和链条（或绳索）的连接上。当人力踩下踏板时，踏板作为杠杆的一端，通过链条（或绳索）传递到水轮上，形成力矩，使水轮开始转动。这个过程中，踏板的长度、链条（或绳索）的拉力以及水轮的转动半径都构成了杠杆系统的关键要素，通过合理的设计，可以实现较小的输入力（人力）驱动较大的输出力（水轮的转动）。 3. 工作流程 综上所述，龙骨水车的工作流程可以概括为：人力踩动踏板 → 踏板通过杠杆原理驱动水轮转动 → 水轮带动链条（或绳索）和车槽循环运动 → 车槽中的水被提升并灌溉农田 → 水在重力作用下流回低处，同时水槽继续运动，完成下一个循环。 综上所述，龙骨水车通过巧妙地结合杠杆原理和能量转换原理，实现了高效、节能的提水灌溉功能，是古代劳动人民智慧的结晶 知识点02 制作“龙骨水车”模型 1. 材料选择 ‌传统与现代结合‌：考虑使用传统材料（如木材、竹子）以体现龙骨水车的历史韵味，同时也可探索现代材料（如轻质金属、塑料、复合材料）的应用，以提高模型的耐用性和轻便性。 ‌环保与可持续性‌：优先选择可再生、易回收的材料，减少对环境的影响。 ‌成本效益‌：平衡材料成本与模型质量，选择性价比高的材料。 2. 结构布局 ‌龙骨设计‌：讨论龙骨的形状、尺寸和强度，确保其能稳定支撑整个水车结构。 ‌水槽布局‌：确定水槽的数量、大小和间距，以及它们如何固定在龙骨上，以实现高效的水流传输。 ‌平衡与稳定性‌：考虑水车在运转时的平衡问题，设计合理的支撑结构和重心分布，防止倾覆。 3. 传动方式 ‌人力驱动‌：探讨踏板的形状、位置和力度要求，以及如何通过链条、齿轮或皮带等传动机构将人力转化为水轮的旋转力。 ‌自动化尝试‌：鼓励创新思维，考虑是否可以引入简单的机械自动化元素，如利用风能、太阳能或小型电机作为辅助动力源。 ‌效率优化‌：分析不同传动方式下的能量损失，寻找提高传动效率的方法。 4. 附加功能与创新点 ‌调节机制‌：设计可调节水槽角度或水轮转速的机制，以适应不同的灌溉需求和水源条件。 ‌美观与装饰‌：讨论如何在保持实用性的同时，增加模型的美观性和文化元素，如雕刻、彩绘等。 ‌教育与展示‌：考虑模型如何更好地用于教学演示和科普展览，如添加说明标签、互动元素等。 5. 安全与维护 ‌安全设计‌：确保模型在使用过程中不会对使用者造成伤害，如设置防护罩、防滑踏板等。 ‌易于维护‌：设计易于拆卸和组装的结构，方便日后维护和修理。 每个小组在讨论过程中，应充分发挥团队成员的想象力和创造力，同时也要注意方案的可行性和实用性。通过集思广益，不断优化设计方案，最终制作出既符合历史传统又融入现代科技元素的龙骨水车模型。 04 题型精讲 【题型一】龙骨水车的能量转换 龙骨水车的工作过程中涉及多种能量形式的转换： ‌人力转化为机械能‌：当人们踩动踏板时，人体内的化学能被转化为机械能，驱动踏板和水轮运动。 ‌重力势能转化为动能‌：当水车的水槽从低处向高处提升时，水被提升的过程中，其重力势能增加。当水槽到达最高点并开始向下运动时，水的重力势能逐渐转化为动能，使水能够流动并灌溉农田。 ‌动能转化为重力势能‌（在水车循环的另一部分）：当水槽从高处向低处运动时，水的动能又逐渐转化为重力势能（在水槽再次被提升前），形成一个循环。 【例题1】如图展示了我国古代劳动人民的智慧成果，对其中所涉及的物理知识，下列说法不正确的是（　　） A．龙骨水车利用了轮轴，从而省力 B．古代的沙漏是能够测量时间的工具 C．水碾的碾石选用厚重的石材，目的是为了减小碾石对谷物的压强 D．从两心壶的壶嘴能分别倒出两种不同的液体，这一功能的实现利用了大气压 【答案】C 【详解】A．龙骨水车脚踏板和轴固定在一起，工作时它们一起转动，它是一个轮轴，可以省力，故A正确，不符合题意； B．沙漏是古代的计时工具，准确度很低，故B正确，不符合题意； C．水碾的碾石选用厚重的石材，是在压力一定时，通过增大压力来增大压强，故C错误，符合题意； D．两心壶上两个腔上部都有小孔，使内外气压平衡，当小口打开时，液体可以流出，因此，从两心壶的壶嘴能分别倒出两种不同的液体，这一功能的实现利用了大气压，故D正确，不符合题意。 故选C。 【对应训练】2024年6月，如图甲所示，江西暴雨积水，村民搬出古老神器，使用龙骨水车紧急排水。龙骨水车是一种利用风力或人力、畜力等动力驱动，将水从低处提升到高处的古老灌溉工具。其构造如图乙所示，主要由水槽、大轮、刮水板等组成，形似龙骨，因此得名。下列相关物理知识描述不正确的是（　　） A．当刮水板在水槽中运动时，刮水板与水之间的相互作用力使得水被提升 B．当水车受到外力驱动刮水上行时，水的重力势能转化为动能 C．停止摇动拐木时，刮水板不能马上停下来，说明其具有惯性 D．刮水板的面积越大，水车旋转一周提升的水越多 【答案】B 【详解】A．当刮水板在水槽中运动时，刮水板对水的推力使水被提升，故A正确，不符合题意； B．当水车受到外力驱动刮水上行时，水的高度升高，重力势能是增大的，即此时外力做功使水的重力势能增大，故B错误，符合题意； C．停止摇动拐木时时，刮水板由于具有惯性，会保持原来的运动状态保持不变，因此刮水板不能马上停下来，故C正确，不符合题意； D．刮水板的面积越大， 水槽中能运送的水质量越大，则此时水车旋转一周提升的水越多，故D正确，不符合题意。 故选B。 【对应训练】龙骨水车亦称“翻车”、“踏车”、“水车”，因为其形状犹如龙骨，故名“龙骨水车”，是我国历史上的主要灌溉农具。它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中脚踏部分的结构如图乙所示。水车安放在河边，下端水槽和刮板直伸水中，另一端的木齿轮固定于堤岸的木架上，用时踩动脚踏部分使木齿轮转动，通过木链带动槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田地。结合上面的资料，下面说法正确的是（　　） A．龙骨水车脚踏部分做的面积比较大，目的是减小脚踏对脚的压力 B．龙骨水车提水的原理与生活中的抽水机工作原理不相同 C．龙骨水车把水匀速提到高处，提起的水机械能不变 D．人踩踏板驱动水车，人对踏板的作用力与踏板对人的作用力是一对平衡力 【答案】B 【详解】A．龙骨水车脚踏部分做的面积比较大，目的是在压力一定时，通过增大受力面积来减小压强，故A错误； B．龙骨水车提水的原理与生活中的抽水机工作原理不相同，龙骨水车提水的原理是简单机械——轮轴，生活中的抽水机工作原理是：大气压强。故B正确； C．龙骨水车把水匀速提到高处，水的质量不变，速度不变，动能不变；高度增大，重力势能变大，因机械能为动能与重力势能之和，所以提起的水机械能变大，故C错误； D．人对踏板的作用力与踏板对人的作用力，二力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，作用在不同物体上，因此是一对相互作用力，故D错误。 故选B。 0501 强化训练 一、基础强化 1．图甲是《天工开物》中记载的一种汉代晚期发明的吸水装置——“龙骨水车”，它是利用齿轮和链的传动来吸水的灌溉农具，时至今日，我国农村的部分地区仍在使用这种工具。 （1）图乙是水车的脚踏板，它是一个 （填“滑轮”“斜面”或“轮轴”）；脚踏板的踏面做得很宽大，是为了减小踏板对脚的 （填“受力面积”“压力”或“压强”）； （2）水车将水从低处匀速推向高处的过程中，水的动能 ，水的机械能 （均填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 轮轴 压强 不变 增大 【详解】（1）[1] 由图可知龙骨水车脚踏部分相当于简单机械中的轮轴，轮轴相当于省力杠杆，可以省力。 [2] 脚踏板的踏面做得很宽大，是为了增大受力面积从而减小踏板对脚的压强。 （2）[3][4] 水车将水从低处匀速推向高处的过程中，水的质量和速度不变，则动能不变，高度增加，则重力势能增大，所以水的机械能增大。 2．龙骨水车是一种古代用于农田灌溉的工具，它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中刮板宽度与水槽宽度相近，用力踩脚踏使木齿轮转动，通过木链带动槽内刮板刮水上行，倾灌于地势较高的田地，如图所示。龙骨水车的水槽横截面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ；当踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 。 【答案】 多 大 【详解】[1][2]刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，克服水的重力做的功 由此可知，刮水越多，对水所做的功越多；当工人踩动脚踏的速度加快时，水车旋转一周的时间变短，根据可知，提升水的功率会变大。 3．在跨学科实践活动中，同学们以“我国古代的‘龙骨水车’”为主题开展研究。 【项目提出】 作为我国非物质文化遗产的“龙骨水车”，具有丰富的人文教育意义。“龙骨水车”在结构设计、工作原理和实际应用中涉及了物理学、工程技术、能源材料、历史人文等多领域的知识。 【项目分解】 （1）查阅资料，了解我国古代“龙骨水车”的工作原理。 （2）制造简易“龙骨水车”。 【项目实施】 （1）查阅资料，了解我国古代“龙骨水车”的工作原理。 “龙骨水车”是我国古代江南地区主要的灌溉农具之一，是一种历史悠久的提水设施，相当于现代的抽水机，其构造如图（a）所示： 《天工开物》中有“数尺之车，一人两手疾转，竟日之功可灌二亩而已”的记载。如图（b）所示，将水车一端浸入水中，另一端固定于岸上。使用时摇动长柄摇杆，使轮轴转动，带动嵌满刮水板的链条运动，槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田中； ①使用时，人对摇杆施加力的作用使轮轴转动，相当于在使用一个 （选填“省力”或“费力”）杠杆。木链条运动起来，一定质量的水被水车提升到高处重力势能 （选填“增大”或“减小”）； ②写出一条提高“龙骨水车”提水效率的方法： ； （2）制造简易“龙骨水车”。 “龙骨水车”的制作首要是选材。优先考虑的是提高材料的端面硬度和强度（材料的弹性模量越大，强度越大），以保证水车稳固、联动和耐久；其次再考虑材料的密度，仅为了搬运的方便。为此，同学们查阅到几种木材的特性如下表： 木材种类 端面硬度/N 弹性模量/GPa 密度/（） 湿地松木 2570～4000 10.4～13.2 0.55～0.75 水曲柳木 4010～6500 10.4～16.2 0.55～0.75 槐木 4010～10000 7.5～13.2 0.55～0.95 柞木 6510～10000 10.4～16.2 0.55～0.95 制作“龙骨水车”应选 材料最好。老师为学习小组提供“龙骨水车”模型组件，按照说明书组装水车，如图（c）所示： 【项目拓展】 现代很多机械与“龙骨水车”的原理相似，例如图（d）所示的链斗式输送机。链斗式输送机是一种用沿轨道运行的料斗来输送物料的设备，应用于电站、矿山、煤炭等行业，进行松散物料的输送。下面是某型号链斗式输送机在某次工作中的相关数据。 ××型号链斗式输送机的功率 每分钟提升物料的质量 每分钟提升物料的高度 10kW 4t 11.4m 该链斗式输送机在本次工作过程中，每分钟输出的总功为 ，效率为 。（g取10N/kg） 【答案】 省力 增大 在各部件之间加润滑油来减小摩擦 柞木 76% 【详解】（1）[1] 使用时长柄摇杆相当于轮轴工作时的轮，轮半径大于轴半径，相当于省力杠杆。 [2] 一定质量的水被水车提升到高处，质量不变，高度增加，则重力势能变大。 [3] 要提高提水效率，可以减小各部件之间的摩擦或减小木链条、刮水板的重力，这样在做相同的总功时，额外功在总功中所占的比值变小，则有用功在总功中所占的比值增大，能提高提水效率。 （2）[4] 由表格数据可知，选材优选考虑端面硬度和强度，柞木的端面硬度和强度与其他几种材料相比是最大的，所以制作“龙骨水车”应选柞木材料最好。 [5][6] 该链斗式输送机在本次工作过程中，每分钟输出的总功为 有用功为 则效率为 4．如图甲所示为明代宋应星《天工开物》中描述的龙骨水车，它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中脚踏部分的结构如图乙所示。水车安放在河边，下端水槽和刮板直伸水中，另一端的木齿轮固定于堤岸的木架上，用时踩动脚踏部分使木齿轮转动，通过木链带动槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田地。    请你利用你所学过的知识，结合上面的资料，回答下面的问题： （1）龙骨水车脚踏部分相当于简单机械中的 ； （2）龙骨水车提水的原理与生活中的抽水机工作原理是否相同？ ； （3）用龙骨水车把水提到高处，水的机械能如何变化 ？ 【答案】 轮轴 不相同 变大 【详解】（1）[1]龙骨水车脚踏部分相当与于简单机械中的轮轴，能省力。 （2）[2]龙骨水车提水的原理与生活中的抽水机工作原理不相同，龙骨水车提水的原理是简单机械——轮轴，生活中的抽水机工作原理是：大气压强。 （3）[3]用龙骨水车把水提到高处，质量一定，高度变大，速度一定，动能不变，重力势能变大，水的机械能变大。 5．如图甲所示为明代宋应星《天工开物》中描述的龙骨水车，它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中脚踏部分的结构如图乙所示。水车安放在河边，下端水槽和刮板直伸水中，另一端的木齿轮固定于堤岸的木架上，用力踩动脚踏部分使木齿轮转动，通过木链带动槽内刮板上行，倾灌地势较高的田地。 (1)下列因素中，哪些与水车提升水的功率有关______（填序号）； A．刮板的面积 B．田地的面积 C．工人踩动脚踏的速度 D．工人的体重 (2)若工人踩动脚踏做功的功率为50W，1分钟内工人做功为 J，龙骨水车的机械效率为40%，则1分钟内龙骨水车可以对水做的有用功为 J，意味着这段时间之内可以把体积为 水提升到4米高的田地中。（取，） 【答案】(1)AC (2) 3000 1200 0.03 【详解】（1）根据功率公式可知，功率的大小与水车提升水的力、速度有关。刮板的面积越大，每次提升的水越多，提升水用力越大；踩动脚踏的速度越快，则提升水的速度越快，因此刮板的面积和工人踩动脚踏的速度都会影响水车提升水的功率。故AC符合题意，BD不符合题意。 故选AC。 （2）[1]1分钟内工人做功为 [2]龙骨水车的机械效率为40%，则1分钟内龙骨水车可以对水做的有用功为 [3]提升水的重力为 水的体积为 6．如图甲为明代宋应星《天工开物》中描述的龙骨水车，它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中脚踏部分的结构如图乙所示。水车安放在河边，下端水槽和刮板直伸水中，另一端的木齿轮固定于堤岸的木架上，用时踩动脚踏部分使木齿轮转动，通过木链带动槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田地。 (1)龙骨水车脚踏部分相当于简单机械中的轮轴，匀速刮水上行时水的 能增大。（填“动”或“重力势”）。刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ，（填“多”或“少”），当工人踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 ；（填“大”或“小”） (2)若工人踩动龙骨水车旋转一周可将0.02m3的水提升到4m高的田地中，所用时间为60s，工人做功的总功率为40W，则该过程中工人做的有用功为 J，机械效率为 %（保留整数，g取10N/kg）。 【答案】(1) 重力势 多 大 (2) 800 33 【详解】（1）[1]匀速刮水上行时，水的质量不变，高度变大，故重力势能增大。 [2]此过程是克服水的重力做功，当水的质量越大，根据G=mg可知，则水所受重力越大，再由公式W=Gh可知，对水所做的功越多。 [3]当工人踩动脚踏的速度加快时，提升相同高度所用时间越短，根据可知，提升水的功率会变大。 （2）[1]根据得，0.02m3的水的质量为 该过程中工人做的有用功为 此过程工人做的总功为 机械效率为 二、素养提升 7．“龙骨水车”是我国古代江南地区主要的灌溉农具之一，是一种历史悠久的提水设施，相当于现代的抽水机，其构造如图（a） 所示：《天工开物》中有“数尺之车，一人两手疾转，竟日之功可灌二亩而已”的记载。如图（b） 所示， 将水车一端浸入水中，另一端固定于岸上。使用时摇动长柄摇杆，使轮轴转动，带动嵌满刮水板的链条运动，槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田中。 (1)使用时，人对长摇杆施加力的作用使轮轴转动，相当于在使用一个 （省力/费力）杠杆。木链条运动起来，一定质量的水被水车提升到高处重力势能 （增大/减小）； (2)若工人踩动龙骨水车旋转一周可将0.03m3 的水提升到4m高的田地中，所用时间为60s，工人做功的总功率为50W，则该过程中龙骨水车所做的有用功为 J，工人做的总功为 J，机械效率为 % 。（ρ水=1.0×10³kg/m³，g取10N/kg） (3)写出一条提高“龙骨水车”提水功率的方法： ；写出一条提高“龙骨水车”提水效率的方法 【答案】(1) 省力 增大 (2) 1200 3000 40 (3) 减小踩动龙骨水车旋转一周的时间 减小各部件之间的摩擦 【详解】（1）[1]使用时长柄摇杆相当于轮轴工作时的轮，轮半径大于轴半径，相当于省力杠杆。 [2]一定质量的水被水车提升到高处，质量不变，高度增加，则重力势能增大。 （2）[1]该过程中龙骨水车所做的有用功为 [2]工人做的总功为 [3]机械效率为 （3）[1]根据可知在总功不变的情况下，通过减小踩动龙骨水车旋转一周的时间即可增大功率。 [2]要提高提水效率，可以减小各部件之间的摩擦或减小木链条、刮水板的重力，这样在做相同的总功时，额外功在总功中所占的比值变小，则有用功在总功中所占的比值增大，能提高提水效率。 8．如图甲所示为明代宋应星《天工开物》中描述的龙骨水车，它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中脚踏部分的结构如图乙所示。水车安放在河边，下端水槽和刮板直伸水中，另一端的木齿轮固定于堤岸的木架上，用时踩动脚踏部分使木齿轮转动，通过木链带动槽内刮板上行，倾灌地势较高的田地。 （1）龙骨水车脚踏部分相当于简单机械中的 ； （2）刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 （选填“多”或“少”），当工人踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 （选填“大”或“小”）； （3）若工人踩动龙骨水车旋转一周可将的水提升到4m高的田地中，所用时间为60s，工人做功的总功率为50W，则该过程中龙骨水车所做的有用功为 J，工人做的总功为 J，机械效率为 %。（，g取10N/kg） 【答案】 轮轴 多 大 1200 3000 40 【详解】（1）[1]由图可知龙骨水车脚踏部分相当于简单机械中的轮轴，轮轴相当于省力杠杆，可以省力。 （2）[2][3]刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，克服水的重力做的功 由此可知，刮水越多，对水所做的功越多；当工人踩动脚踏的速度加快时，水车旋转一周的时间变短，根据可知，提升水的功率会变大。 （3）[4][5][6]工人做的总功为 提升水的质量为 水的重力为 将水举到高处对水做的功为 机械效率为 9．如图甲所示为《天工开物》中描述的龙骨水车，它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中脚踏部分的结构如图乙所示。水车安放在河边，下端水槽和刮板直伸水中，另一端的木齿轮固定于堤岸的木架上，用时踩动脚踏部分使木齿轮转动，通过木链带动槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田地。 (1)龙骨水车刮水上行时水的 能增大。 (2)刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ，当工人踩动脚踏的速度变大时，提升水的功率会变 。 (3)若工人踩动龙骨水车旋转一局可将30kg的水提升到4m高的田地中，所用时间为60s，工人做功的总功率为50W，则该过程中工人做的总功为 J，机械效率为 %。 (4)如图丙所示，水龙头开关的设计也应用了同样的原理，为了更省力，开关应选用 （选填“①”或“②”）。 【答案】(1)重力势 (2) 多 大 (3) 3000 40 (4)① 【详解】（1）龙骨水车刮水上行时水的过程中，水的高度增大，所以重力势能增大。 （2）[1]刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，克服水的重力做的功 W=Gh=mgh由此可知，刮水越多，对水所做的功越多。 [2]当工人踩动脚踏的速度加快时，水车旋转一周的时间变短，根据可知，提升水的功率会变大。 （3）[1]工人做的总功为 W总=Pt=50W×60s=3000J[2]水的重力为 G=mg=30kg×10N/kg=300N将水举到高处对水做的功为 W有=Gh=300N×4m=1200J机械效率为 （4）水龙头开关相当于轮轴，使用轮轴可以省力，且轮越大越省力。由图可知水龙头开关相当于简单机械中的轮轴，①的轮半径更大，所以更省力。 10．龙骨水车是一种古代用于农田灌溉的水车工具。它包括固定整台水车的木架、操作者脚下的大轮和踏板、连接水槽和水源的木质水槽、安装在水槽另一端的小轮，以及连接大轮和小轮的木制链条。下链轮和车身一部分没入水中，通过操作者踩踏踏板，驱动链轮，叶板就沿水槽刮水上升，到水槽上端将水送出，使水车能够从水源抽水灌溉田地。 (1)龙骨水车脚踏和大轮部分相当于 （填写简单机械名称），刮水上行时水的 能增大； (2)刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ；当踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 ； (3)劳动课上，小明踩动龙骨水车旋转一周可将约20L水提升到离水源3m高的田地中，所用时间为60s，小明做功的总功率为40W，则该过程中做的总功为 J，机械效率为 %（g取10N/kg）。 【答案】(1) 轮轴 重力势 (2) 多 大 (3) 2400 25 【详解】（1）[1]由图可知龙骨水车脚踏部分相当于简单机械中的轮轴，轮轴相当于省力杠杆，可以省力。 [2]刮水上行时水的质量不变，高度升高，所以重力势能变大。 （2）[1]刮板对水做的功为W=Gh，所以水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越多。 [2]当工人踩动脚踏的速度加快时，时间变短，做功一定时，由可知，提升水的功率会变大。 （3）[1] [2]该过程中做的总功为 W总=Pt=40W×60s=2400J 20L水的质量为 m水=ρ水V水=1.0×103kg/m3×20×10-3m3=20kg 20L水所受的重力为 G水 =m水g =20 kg×10N/kg =200N 水提升到高处对水做的功为 W有= G水h=200N×3m=600J 机械效率为 11．如题图甲所示为明代宋应星《天工开物》中描述的龙骨水车，它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中脚踏部分的结构如图乙所示。水车安放在河边，下端水槽和刮板直伸水中，另一端的木齿轮固定于堤岸的木架上，用时踩动脚踏部分使木齿轮转动，通过木链带动槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田地。 （1）龙骨水车脚踏部分相当于简单机械中的 ，刮水上行时水的 能增大； （2）刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ，当工人踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 ； （3）若工人踩动龙骨水车旋转一周可将0.025m3的水提升到4m高的田地中，所用时间为60s，工人做功的总功率为40W，则该过程中工人做的总功为 J，机械效率为 %（保留整数，取10N/kg）。 【答案】 轮轴 重力势 多 大 2400 42 【详解】（1）[1]由图可知龙骨水车脚踏部分相当于简单机械中的轮轴，轮轴相当于省力杠杆，可以省力。 [2]匀速刮水上行时，水的质量一定，速度不变，则动能不变，同时高度变大，其重力势能增大。 （2）[3][4]刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，克服水的重力做的功 由此可知，刮水越多，对水所做的功越多；当工人踩动脚踏的速度加快时，水车旋转一周的时间变短，根据可知，提升水的功率会变大。 （3）[5]工人做的总功为 [6]提升水的质量为 水的重力为 将水举到高处对水做的功为 机械效率为 三、能力培优 12．请阅读《龙骨水车》并回答问题。 龙骨水车 陆游在《春晚即景》中写道：“龙骨车鸣水入塘，雨来犹可望丰穰。”诗中的龙骨车即为龙骨水车，因其结构形如长龙骨架而得此名，是一种用于排水和灌溉的机械。龙骨水车约始于我国东汉时期，三国时期的机械大师马钧予以改进，之后一直在农业上发挥着巨大的作用。 如图甲所示，龙骨水车的主体由两部分组成，一是取水部分的车桶、大龙头轴、小龙头轴、刮水板等；二是人操作部分的扶手和脚踏板等。龙骨水车通体由木质板材构成，并大部分采用榫接和链接结构，简单的材料、成熟的技艺，使龙骨水车很容易制作。 龙骨水车在工作时主要利用链轮传动原理，即当主动轴旋转时，链条与固定在主动轴上的链轮相咬合，从而带动固定在从动轴上的链轮旋转，使从动轴获得动力。如图乙所示，小龙头轴及刮水板浸入低处的水中，人握住扶手用脚踏动脚踏板，驱动大龙头轴（主动轴）转动，带动链条（由刮水板等组成）运动，进而带动小龙头轴（从动轴）转动，这一过程中刮水板将水带入车桶内，板叶刮水上行，将低处的水刮传至高处的农田中，实现灌溉。 如图甲、乙所示的龙骨水车是用脚踩驱动的，称为脚力水车。根据龙骨水车驱动力的不同，还有手摇驱动的手摇水车、流水驱动的水转水车、风力驱动的风力水车等。相比之下，脚力翻车较为轻便、易于搬运、对环境要求低、取水效率高，在农业灌溉中使用最广。 龙骨水车在我国已使用了近两千年，目前仍然有地区在用其灌溉，劳动人民的智慧历经千年洗练，仍然闪耀着光芒！ 请根据上述材料，回答下列问题： （1）龙骨水车在工作时主要是利用了 原理。刮水上行时水的 能增大； （2）刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ，当工人踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 ； （3）若工人某次使用龙骨水车灌溉面积为10m2的稻田，使稻田的平均水深达到0.1m，灌溉过程中水被龙骨水车提升的高度为2m，所用时间为20分钟，工人做功的平均功率为40W，则该过程中工人做的总功为 J，机械效率为 %（保留整数，不计水渗透和蒸发等损耗，水的密度为1.0×103kg/m3，g取10N/kg）。 【答案】 链轮传动 重力势 多 大 4.8×104 42 【详解】（1）[1]根据文中信息可知，龙骨水车在工作时主要是利用了链轮传动原理。 [2]刮水上行时水的质量不变，高度升高，所以重力势能变大。 （2）[3]刮板对水做的功为W＝Gh，所以水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越多。 [4]当工人踩动脚踏的速度加快时，时间越短，由可知，提升水的功率会变大。 （3）[5]该过程中工人做的总功为 W＝Pt＝40W×20×60s＝4.8×104J [6]该过程提升水的体积为 V＝Sh＝10m2×0.1m＝1m3 质量为 m＝ρV＝1×103kg/m3×1m3＝1000kg 重力为 G＝mg＝1000kg×10N/kg＝1×104N 该过程中工人做的总功为 W有＝Gh＝1×104N×2m＝2×104J 机械效率为 13．阅读短文，回答问题。 龙骨水车 龙骨水车因其形如龙骨而得名，是我国历史上的主要灌溉农具。龙骨水车由水槽、木齿轮、刮水板、木制链条等组成。如图所示，车身是由木板制成的水槽，车头和车尾各装有一个木齿轮，车尾酸的是小轮，车头袭的是大轮，大轮连着拐木，木制链条上装有刮水板，套在两个木齿轮上。水车灌溉时，用力转动拐木，使大轮转动，带动水槽内刮水板刮水上行，倾灌于地势较高的田中。龙骨水车大轮上有8根辐条，木制链条上装有60块刮水板，平均每块刮水板每次能运送0.5kg的水。 (1)车头大轮与拐木组成了一个 （填简单机械名称）。拐木长度大于大轮半径，该机械相当于一个 （选填“省力”或“费力”）杠杆； (2)用龙骨水车把水提到高处，水的机械能 （选填“变大”“变小”或“不变”）； (3)人工插秧时，稻田里的水深3~5cm比较合适。现有一亩地（一亩等于），水深为1cm，农民伯伯需用该龙骨水车给稻田蓄水，他以20转/分钟的速度匀速转动大轮，待运水稳定后，每分钟能运 kg的水，若要将水蓄至4cm深，需要运 t的水，要 min才能运完。（） 【答案】(1) 轮轴 省力 (2)变大 (3) 80 20 250 【详解】（1）[1][2]轮轴由轮和轴组成，车头大轮与拐木组成了一个轮轴，拐木长度大于大轮半径，当轮轴匀速转动时，能够省力，相当于省力杠杆。 （2）用龙骨水车把水提到高处，质量一定，高度变大，速度一定，动能不变，重力势能变大，水的机械能变大。 （3）[1]以20r/min匀速转动大轮，待运水稳定后，每分钟能运送水的质量为 m=20×8×0.5kg=80kg [2][3]若将水蓄至4cm深，需要水的体积为 其质量为 m'=ρ水V=1.0×103kg/m3×20m3=20000kg=20t 需要时间为 14．请阅读《龙骨水车》并回答问题。 龙骨水车 陆游在《春晚即景》中写道：“龙骨车鸣水入塘，雨来犹可望丰穰，”诗中的龙骨车即为龙骨水车，因其结构形如长龙骨架而得此名，是一种用于排水和灌溉的机械。龙骨水车约始于我国东汉时期，三国时期的机械大师马钧予以改进，之后一直在农业上发挥着巨大的作用。 如图甲所示，龙骨水车的主体由两部分组成，一是取水部分的车桶、大龙头轴、小龙头轴、刮水板等；二是人操作部分的扶手和脚踏板等。龙骨水车通体由木质板材构成，并大部分采用榫接和链接结构，简单的材料、成熟的技艺，使龙骨水车很容易制作。 龙骨水车在工作时主要利用链轮传动原理，即当主动轴旋转时，链条与固定在主动轴上的链轮相咬合，从而带动固定在从动轴上的链轮旋转，使从动轴获得动力。如图乙所示，小龙头轴及刮水板浸入低处的水中，人握住扶手用脚踏动脚踏板，驱动大龙头轴（主动轴）转动，带动链条（由刮水板等组成）运动，进而带动小龙头轴（从动轴）转动，这一过程中刮水板将水带入车桶内，板叶刮水上行，将低处的水刮传至高处的农田中，实现灌溉。 如图甲、乙所示的龙骨水车是用脚踩驱动的，称为脚力水车。根据龙骨水车驱动力的不同，还有手摇驱动的手摇水车、流水驱动的水转水车、风力驱动的风力水车等。相比之下，脚力翻车较为轻便、易于搬运、对环境要求低、取水效率高，在农业灌溉中使用最广。 龙骨水车在我国已使用了近两千年，目前仍然有地区在用其灌溉，劳动人民的智慧历经千年洗练，仍然闪耀着光芒！ 请根据上述材料，回答下列问题： (1)龙骨水车在工作时主要是利用了 原理； (2)刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越 ，当工人踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变 ； (3)若工人某次使用龙骨水车灌溉面积为的稻田，使稻田的平均水深达到，灌溉过程中水被龙骨水车提升的高度为，所用时间为20分钟，工人做功的平均功率为，则该过程中工人做的总功为 J，机械效率为 %（保留整数，不计水渗透和蒸发等损耗，水的密度为，g取）。 【答案】(1)链轮传动 (2) 多 大 (3) 48000 42 【详解】（1）由材料可知，龙骨水车在工作时主要利用链轮传动原理，即当主动轴旋转时，链条与固定在主动轴上的链轮相咬合，从而带动固定在从动轴上的链轮旋转，使从动轴获得动力。 （2）[1][2]刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，克服水重力做功就越多；当工人踩动脚踏的速度加快时，由 可知，提升水的功率会变大。 （3）[1]溉过程中水被龙骨水车提升的高度为2m，所用时间为20分钟，工人做功的平均功率为40W，则该过程中工人做的总功 W=Pt=40W×20×60s=48000J [2]工人某次使用龙骨水车灌溉面积为10m2的稻田，使稻田的平均水深达到0.1m，灌溉过程中水被龙骨水车提升的高度为2m，克服水的重力做的有用功 W有=Gh=mgh=ρVgh=1.0×103kg/m3×10m2×0.1m×10N/kg×2m=2×104J 机械效率为 / 学科网（北京）股份有限公司 $$