跨学科实践：制作简易升降机【两大题型】-【跨学科实践】2024-2025学年八年级物理下学期项目化专项训练

跨学科实践：制作简易升降机【两大题型】 【考点一 了解我国机械发展的历史】 1. 查阅资料，了解我国机械发展的历史 我国是世界上发明机械较早的国家之一，机械技术历史悠久，成就辉煌。比如，古代用来舂米的碓，用来从井中汲水的桔槔和辘轳，用于计量的天平，用于农业生产的水车、风车，用于军事的投石机等。随着制作原料的种类和动力的来源越来越丰富，机械发明和制造也越来越复杂。 比如，记里鼓车、以“水排”驱动的水力鼓风系统、战国云梯车等。随着铸造技术的出现，我国古代机械技术得到极大的发展。当前，我国是全球唯一拥有联合国产业分类中全部工业门类的国家，拥有完整的工业体系，诸多工程机械技术水平处于世界前列。 2. 实践活动：调查建筑工程机械的原理及应用 请以小组为单位，上网查询一下建筑工地或道路施工过程中使用的工程机械，了解它们的名称和用途，以及它们在工作过程中涉及哪些物理知识。调研内容要包括以下几个方面: (1)该工程机械的结构特点与物理原理。 (2)除简单机械外，该工程机械在设计中还应用了哪些与物理有关的知识。 (3)该工程机械在使用过程中有哪些操作规程，这其中有什么物理原理。 (4)关于该工程机械的使用安全，你还有哪些建议。 将调查结果形成调研报告，并与同学交流。 例如：汽车起重机 (1)汽车起重机主要结构：底盘、副车架、转台、吊臂、起升机构等。起升机构是起重机的基本工作机构，大多是由吊挂系统和绞车组成。 (2)汽车起重机的工作原理是杠杆原理。吊臂是一个杠杆，升降系统用到了滑轮组。 (3)除了简单机械外，汽车起重机在设计中还用到了力的知识、稳度与重心、支面的关系、压强等知识。 (4)汽车起吊工作时，四条垂直油缸支脚伸出，支撑整车重量。这样一方面不让轮胎受力，防止损坏轮胎；一方面可以增大支面，增加整车的稳度。升降系统使用了滑轮组，这样可以省力；变幅油缸控制吊臂的变幅角度，尽量增大吊臂与水平面的夹角，这样可以增加整车的稳度，防止侧翻；卷扬马达带动吊钩上下运动时，不能太快，以获得更大动力。 (5)关于该工程机械的使用安全，我的建议：① 使用前要对起重机进行观测检查，特别是关键部位，如升降系统的钢丝绳是否老化、支脚展开的面积是否足够大等；②严格按照操作章程进行工作；③起重机起重时，要注意是否超载、吊臂的角度是否合适，防止倾倒；④…… 【考点二 利用简单机械设计并制作升降机】 1. 活动前的准备 (1)仔细阅读教材，明确该实践活动的目的、要求。 (2)根据教材要求，设计 “制作升降机模型”的方案。 (3)根据设计方案，准备制作模型的材料、工具等物品。 2. 活动过程 (1)将自己的设计方案、以及画出的示意图，与同学交流。结合同学们的分享和评估，进一步完善自己的设计方案。 (2)根据改进后设计方案，制作出升降机的模型。 (3 )展示自己制作的升降机模型。 示例：制作电梯式升降机模型 ① 制作材料：2 根方木条、2 块窄木板、1 块宽木板、6 片直角固定片(包括配套螺丝)、5 块硬纸板或薄塑料板、4 个滑轮、4 m 长细绳(直径2 m m 左右)、3~5 V 直流电动马达、2 个按钮开关、电池夹及电池(2 节)、导线若干、502 胶水、透明胶带、钉子(或木螺丝)等。 ② 制作工具：剪刀、锤子、螺丝刀、老虎钳、电钻(没有也可不用)等。 (3 )制作方法： ① 按图1 甲所示制作轿厢(轿厢底面左右两侧也加卡口则更好)，并在轿厢上面中间固定一个滑轮(可用2 片直角固定片固定)。 ② 按图1 乙所示，制作竖直支架。a .先在宽木板中间用502胶水(或木螺丝)垂直固定两个方木条，并在方木条不影响轿厢升降的两侧用直角固定片加固，两根方木条间距102 m m；b. 将轿厢放入两根方木条之间(让卡口卡在方木条上)；c. 在两根方木条上端两侧各用一块窄木板夹住并固定。 ③ 按图1 乙所示，在支架上方中间位置，两根窄木板之间固定两个滑轮，二者间距10 m m 左右；同样，再在右端固定一个滑轮。 ④ 按图1 乙所示，在支架底面右侧适当位置固定电动马达、电池夹、开关等，并连接导线。 ⑤ 按图1 乙所示，将细绳一端固定在轿厢上方滑轮的挂钩上，依次绕过支架上方左侧滑轮、支架上方中间滑轮、支架上方右侧滑轮，然后将细绳另一端固定在电动马达的绕线轮上。这样，就成功制作完成了“电梯式升降机模型”。 【考点三 测量升降机的机械效率】 1. 测量升降机(滑轮组)的机械效率 (1)实验目的：测量升降机(滑轮组)的机械效率 (2)设计实验：η== (3)测量装置：如图2 所示。 (4)进行实验： ① 如图2 所示，将轿厢放到最底端，在轿厢里放入200 g 钩码，并在绳的自由端挂上测力计，记下测力计的位置s0； ②匀速拉动测力计，使轿厢上升20 c m，记下其位置h1，同时记下此时测力计的示数F1 及位置s1； ③将轿厢里的钩码分别换成400 g、600 g, 重复步骤②的实验，并记录实验数据。 ④根据记录的实验数据，算出机械效率。 (5)数据记录： 实验 序号 物体重力G 物/N 物体上升的高度h/m 绳的自由端的拉力F/N 绳的自由端移动的距离s/m 机械效率η 1 1.96 0.20 1.4 0.60 46.7% 2 3.92 0.20 2.2 0.60 59.4% 3 5.88 0.20 3.1 0.60 63.2% (6)实验结论： 比较实验1、2、3 可知，用同一电梯式升降机提升不同物体时，物体的重力越大，其机械效率越高。 2. 展示交流 (1)比一比，看谁制作的升降机在提升物体的过程中更省力。 (2)比一比，看谁制作的升降机完成上述任务的机械效率更高。 【题型一 升降机的结构、力的关系以及机械效率】 1．甲升降机比乙升降机的机械效率高，他们分别把相同质量的物体匀速提升相同的高度，则 A．乙升降机提升重物做的有用功多 B．甲升降机的电动机做的额外功多 C．甲升降机的电动机做的总功多 D．乙升降机的电动机做的总功多 【答案】D 【详解】A．把相同质量的物体匀速提升相同的高度时，所做的有用功是相等的，故A错； B．有用功相同，总功越多，额外功就越多，所以乙升降机的电动机做的额外功多，故B错； CD．由于甲升降机比乙升降机的机械效率高，所以可知乙升降机的电动机做的总功多，故C错，D正确； 2．如图所示是某建筑工地用升降机提升大理石的滑轮组示意图。升降机货箱（空载）和动滑轮的总重力是300N，大理石的密度为，每块大理石的体积是。在某次提升15块大理石的过程中，升降机在1min内将货箱中的大理石沿竖直方向匀速提升了15m，绳子末端的拉力为F，拉力F的功率为P，此时滑轮组的机械效率为η，不计绳子的重力和轮与轴的摩擦，g取10N/kg。下列选项中正确的是（　　） A．拉力F的大小为1300N B．拉力F的功率P为1125W C．滑轮组的机械效率η为85% D．若绕在滑轮组上的绳子能承受的最大拉力为2000N，货箱一次最多装20块大理石 【答案】BD 【详解】A．每块大理石的质量是 每块大理石的重力是 提起15块大理石的总重为 由于动滑轮上承重绳子的股数为n=3，所以拉力F的大小为 故A错误； B．货箱上升的速度为 绳子自由端移动的速度为 拉力F的功率P为 故B正确； C．滑轮组的机械效率η为 故C错误； D．若绕在滑轮组上的绳子能承受的最大拉力为2000N，则有 解得，货箱一次最多装大理石为 故D正确。 故选BD。 3．一人重600N，站在重300N的升降机平台上，不计绳子和滑轮的质量及摩擦，如使升降机保持静止，如图所示，则人对绳的拉力 N；升降机平台最重可达 N。 【答案】 225 1800 【详解】[1]把人和平台当作一个整体，人的重力G人=600N，平台的重力G台=300N，则 G人+G台=600N+300N=900N 读图可知，这900N都由最上面的滑轮承担，而且左右拉力相等，设上面滑轮右侧的拉力为F1，设下面滑轮右侧的拉力，即人对绳子的拉力为F2，如图： 则 F1=(G人+G台)=×900N=450N 绳子和滑轮的质量都不计，忽略一切摩擦，下面滑轮右侧的拉力，即人对绳子的拉力为F2，则 F1=2F2=450N 所以，人对绳子的拉力F2=225N。 [2]上面滑轮右侧的拉力 F1=(G人+G台) 人对绳子的拉力为 F2= 人对绳子的拉力最大为人的重力，此时升降机平台重力最大，所以 G台最大=4G人-G人=3G人=3×600N=1800N 4．某建筑工地上一台升降机的厢体连同货物质量为1.2 t，在10 s内匀速从楼的2层上到5层，每层高3m，升降机电动机的功率至少是多少？ 【答案】1.08×104W 【详解】升降机电动机克服重力做功为 升降机电动机的功率是 答：升降机电动机的功率至少是1.08×104W。 48．如图所示为某升降机的工作简图，A、B、C是升降机工作时的滑轮，其中 是定滑轮， 是动滑轮。    【答案】 B、C A 【详解】[1][2]轴固定不动的是定滑轮，随物体一起升降的滑轮是动滑轮；B、C滑轮的轴固定不动，所以是定滑轮，A滑轮与轿厢一起升降，所以是动滑轮。 5．某施工队正在进行农村基础设施改建，建筑工人利用小型的升降机来搬运水泥，如图所示，某次搬运过程中，工人在30s的时间内，将吊篮中的水泥匀速提起6m，电动机牵引绳子的拉力F为2400N，水泥总质量为400kg。g取10N/kg，吊篮的重力忽略不计。求： (1)滑轮组对水泥做的功； (2)拉力F做功的功率； (3)滑轮组的机械效率。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）水泥总重力为 则滑轮组对水泥做的功为 （2）滑轮组有效绳子段数，则绳子自由端移动距离为 则拉力F做功为 则拉力F做功的功率为 （3）滑轮组的机械效率为 6．如图所示，某升降机在40s内将3700N的重物匀速提升了10m，此过程中钢丝绳的拉力为1000N，升降机货箱的重力是200N（g=10N/kg，不计钢丝绳的重力和摩擦），求： （1）动滑轮的重力； （2）钢丝绳中的拉力的功率； （3）当此升降机的机械效率低于多少时，该升降机不再省力。    【答案】（1）100N；（2）1000W；（3）25℅ 【详解】解：（1）由图示知，滑轮组承重绳子为4根，不计钢丝绳的重力和摩擦，据得，动滑轮的重力 （2）重物匀速提升10m，钢丝绳移动的距离 s=4h=4×10m=40m 钢丝绳移动的速度 钢丝绳的拉力的功率 P=Fv=1000N×1m/s=1000W （3）升降机不再省力，则钢丝绳的拉力至少等于物重，此时拉力等于3700N。机械效率 答：（1）动滑轮的重力为100N； （2）钢丝绳中的拉力的功率为1000W； （3）当此升降机的机械效率低于25%时，该升降机不再省力。 7．为解决社会上停车难的问题，某小区修建了立体车库，如图所示是某轿车停车入库时的情景。某次停车时，通过升降机20s就可将车辆竖直提升10m至第5层。若该车对水平载车板的压强为2×106Pa，车轮与载车板的总接触面积为8×10﹣3m2，请通过计算回答： （1）该汽车对载车板的压力； （2）该汽车的质量； （3）升降机克服重力对该汽车做功的功率。 【答案】（1）1.6×104N；（3）1.6×103kg；（4）8×103W 【详解】解：（1）该汽车对载车板的压力 （2）汽车对水平载车板的压力等于重力的大小，所以该汽车的重力 该汽车的质量 （3）升降机克服重力对汽车做的功 则升降机克服重力对汽车做功的功率 答：（1）该汽车对载车板的压力是1.6×104N； （3）该汽车的质量是1.6×103kg； （4）升降机克服重力对该汽车做功的功率是8×103W。 8．某建筑工地用升降机提升货物的示意图如图所示。建筑工人用400N的拉力，将重800N的货物匀速提升3m，所用时间是18s（不计钢丝绳和货箱的重力，不计摩擦）。求： （1）绳子自由端移动的速度； （2）动滑轮的重力； （3）滑轮组的机械效率。（结果保留到0.1%）    【答案】（1）0.5m/s；（2）400N；（3）66.7% 【详解】解：（1）由图可知，承担物重的绳子段数为，绳子自由端移动的速度为 （2）不计钢丝绳和货箱的重力，根据可知，动滑轮的重力为 （3）滑轮组的机械效率为 答：（1）绳子自由端移动的速度为； （2）动滑轮的重力为； （3）滑轮组的机械效率为。 9．如图是某建筑工地提升建材所用的升降机示意图。建材的重力是6000 N，建材与货箱水平底面的接触面积是2 m2。升降机在1 min内将建材匀速提升了15 m，钢丝绳自由端拉力F的功率是2000 W。试求： （1）建材对货箱水平底面的压强是多少？     （2）拉力F所做的功是多少？ （3）该升降机提升这些建材的机械效率是多少？ 【答案】（1）3000Pa；（2）1.2×105J；（3）75% 【详解】解：（1）建材对货箱水平底面的压强是 （2）由可得，拉力F所做的功是 WF＝Pt＝2000W×60s＝1.2×105J （3）由功的定义W＝Fs 得，有用功为 W有 ＝Gh ＝6000N×15m＝9×104J 因为W总＝WF ，则该升降机提升这些建材的机械效率是 答：（1）建材对货箱水平底面的压强是3000Pa； （2）拉力F所做的功是1.2×105J； （3）该升降机提升这些建材的机械效率是75%。 10．在宜居宜业和美乡村建设中，某施工队正在进行农村基础设施改建，建筑工人利用小型的升降机来搬运水泥。如图甲所示，某次搬运过程中，工人在的时间内，将8袋水泥匀速提起，电动机牵引绳子的拉力F为，每袋水泥质量为。g取，求： （1）拉力F做功的功率； （2）滑轮组的机械效率(小数点后保留1位小数)； （3）为了一次能提升更多的水泥，物理实践小组利用学过的知识对升降机的滑轮组进行重新设计，如图乙所示。假设升降机足够稳定，电动机输出功率足够大，电动机牵引绳子的拉力仍为，吊篮及动滑轮的总重力为，不计绳重和摩擦，则这种设计的装置一次能提起多少袋水泥？    【答案】（1）；（2）83.3%；（3）14 【详解】解：（1）如图甲所示，动滑轮上绕2条绳，则n=2，水泥被匀速提起，绳子自由端移动的距离为12m，则拉力F做功为 则拉力F做功的功率为 （2）由题可知8袋水泥重力为 升降机搬运水泥做的有用功为 则滑轮组的机械效率为 （3）如图乙所示，动滑轮上绕3条绳，电动机牵引绳子的拉力仍为，则绳子能够拉起物体的总重力为 吊篮及动滑轮的总重力为，不计绳重和摩擦，则一次能拉起水泥的重力为 每袋水泥重力为 则这种设计的装置一次能提起水泥的袋数为 答：（1）拉力F做功的功率为； （2）滑轮组的机械效率为83.3%； （3）不计绳重和摩擦，这种设计的装置一次能提起14袋水泥。 11．如图甲是某建筑工地用升降机提起重物，升降机的货箱重力为 300N， 当它把质量为 450kg 的货物匀速提起时，货物上升的 s－t 图像如图乙所示，钢丝绳能承受的最大拉力是 2000N。g 取 10N/kg，不计滑轮和钢丝绳的重力及摩擦。求： (1)该升降机一次最多能匀速提起货物的重力； (2)货物匀速上升 6s 后，拉力 F 做的功； (3)货物匀速上升 6s 后，升降机的机械效率。 【答案】(1)5700N；(2)76800J；(3)93.75%。 【详解】(1)由图甲可知，有三段绳子与动滑轮相连，则货箱与货物的总重力为拉力的三倍，当拉力最大时，货箱与货物的总重力为 解得。 (2)此时拉力大小为 由图乙可知，6s时间内，货物上升的高度为h=16m，则绳端移动的距离为 拉力做的功为 (3)机械效率为 答：(1)升降机一次最多能匀速提起货物的重力5700N；(2)货物匀速上升 6s 后，拉力 F 做的功为76800J；(3)升降机的机械效率93.75%。 12．高层楼房一般都配备电梯，如图所示是某种升降机的简化结构图，它包括电动机，导向轮，轿厢，配重，曳引钢丝等.钢丝绕过导向轮和电动机曳引轮，两端分别连接轿厢和配重，电动机利用钢丝和导向轮、曳引轮间的摩擦传递动力，使轿厢升降自如. (1)导向轮的类型为 (选填“定滑轮”或“动滑轮”). (2)若已知轿厢(包含乘客)的重力为,配重的重力为，且.则轿厢匀速上升时，钢丝绳受到的摩擦力大小 ;当轿厢改为匀速下降时，钢丝绳受到的摩擦力方向 (选填“改变”或“不变”). (3)请你从节能的角度分析配重在电梯工作过程中所起的作用 . 【答案】 定滑轮 不变 见解析 【详解】(1)[1]由图可知，导向轮的轴固定不动，是定滑轮． (2)[2]轿厢(包含乘客)的重力为，轿厢匀速运动，则导向轮与轿厢间的钢丝承担拉力大小为．由于导向轮是定滑轮，不能改变力的大小，所以导向轮与曳引轮间的钢丝拉力大小也为．配重的重力为，则配重与曳引轮间的钢丝拉力大小为．因轿厢匀速运动，则钢丝也匀速运动，受力平衡，因，则： ， 所以，则轿厢匀速上升时，钢丝绳受到的摩擦力大小为： ． [3]当轿厢改为匀速下降时，钢丝绳仍然处于平衡状态，受到的各个力大小、方向不变，所以摩擦力方向不变． (3)[4]配重能减小电动机的动力，从而减小电动机的功率，可以减小在相同时间内消耗的电能． 【题型二 测量升降机的机械效率】 13．某实验小组用下图所示的实验装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如表所示。 物理量 实验次数 1 2 3 4 钩码重G物/N 0.5 1.0 1.5 2.0 钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F/N 0.3 0.5 0.7 0.9 绳端移动距离s/m 0.3 0.3 0.3 0.3 机械效率 67% 71% 74% (1)实验中应竖直向上 拉动弹簧测力计； (2)第1次实验滑轮组的机械效率是 ；（保留两位有效数字） (3)分析以上数据可知，使用同一个滑轮组提升重物时，被提升物体的重力越 ，滑轮组的机械效率越高； (4)若在第4次实验结束后，小明又在滑轮的轮轴处加润滑油，此时滑轮组的机械效率将 （选填“大于”“等于”或“小于”）74%。 【答案】(1)匀速 (2)56% (3)大 (4)大于 【详解】（1）实验中应竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使整个装置处于平衡状态，测力计的示数保持不变，可准确测量绳子自由端的拉力。 （2）第1次实验滑轮组的机械效率 （3）由表格数据知，从第1至第4次实验，所提升的钩码重力越来越大，滑轮组的机械效率越来越高。所以使用同一个滑轮组提升重物时，被提升物体的重力越大，滑轮组的机械效率越高。 （4）在滑轮的轮轴处加润滑油，可以减小摩擦，在有用功一定的情况下可以减小额外功，所以可以提高机械效率，所以若在第4次实验结束后，小明又在滑轮的轮轴处加润滑油，此时滑轮组的机械效率将大于74%。 14．选用图中所示一套装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如表： 实验次数 钩码重力G/N 钩码上升高度h/cm 拉力F/N 绳子自由端移动距离s/cm 机械效率η 1 2.0 5 1.0 15 66.7% 2 4.0 5 1.8 15 74.1% 3 4.0 10 1.8 30 74.1% 4 6.0 5 2.5 15 (1)实验过程中，缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码 上升，由记录的数据可知，该实验使用的是图 所示的实验装置； (2)第4次实验时所做的有用功为 J，滑轮组的机械效率是 %； (3)分析1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越 （选填“大”或“小”），滑轮组的机械效率越高；分析2、3次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度 （选填“有关”或“无关”）； (4)用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是 　 　 。 A．换用更轻的动滑轮 B．加快提升物体的速度 【答案】(1) 匀速直线 甲 (2) 0.3 80 (3) 大 无关 (4)A 【详解】（1）[1]为了使弹簧测力计的示数稳定，且便于读数，应缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码向上做匀速直线运动。 [2]从表格数据可知，绳子自由端移动的距离为钩码上升高度的3倍，且从图可知，n甲=3，n乙=4，该实验使用的是图甲所示的实验装置。 （2）[1]第4次实验时所做的有用功为W有=Gh=6N×0.05m=0.3J [2]第4次实验时所做的总功为W总=Fs=2.5N×0.15m=0.375J 滑轮组的机械效率为 （3）[1]分析1、2、4次实验的数据可知，其他因素相同时，钩码越重，滑轮组的效率越高；说明使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越大，滑轮组的机械效率越高。 [3]分析2、3次实验的数据可知，其他因素相同时，物体上升的高度和自由端移动的距离不同，结果滑轮组的机械效率相同；说明滑轮组的机械效率与钩码上升的高度无关。 （4）A．换用更轻的动滑轮，可以减小额外功，由知，有用功一定时，额外功越小，机械效率越高，所以换用更轻的动滑轮可以提高滑轮组的机械效率，故A符合题意； B．加快提升的速度时，等时间内，自由端和重物移动的距离比不变，由可知，提升物体的速度不会影响滑轮组的机械效率，故B不符合题意。 故选A。 15．小明在做“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用滑轮安装了如图甲、乙所示的滑轮组，实验测得的数据如下表所示。 实验次数 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η 1 2.0 0.1 1.0 0.3 66.7% 2 3.0 0.2 1.4 0.6 71.4% 3 4.0 0.3 1.8 0.9 (1)利用甲图的滑轮组进行实验，要测量绳子自由端所受的拉力，应在弹簧测力计 （选填“保持静止”或“匀速上升”）时读数； (2)表中的实验数据是利用 （选填“甲”或“乙”）图所示的滑轮组测得的；机械效率指的是 与总功的百分比，第3次实验测得的滑轮组机械效率是 （保留一位小数）； (3)分析表中数据，第3次实验拉力做的额外功是 J；滑轮组的机械效率与所提升物体的重力大小 。（选填“有关”或“无关”） 【答案】(1)匀速上升 (2) 甲 有用功 74.1% (3) 0.42 有关 【详解】（1）用滑轮组提起重物时，由于滑轮的转动，滑轮和轴之间、滑轮和绳子之间都存在摩擦， 在测量绳端所受的拉力时，需要沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，在拉动过程中读读。 （2）[1]从表中数据可以看出，实验时绳子自由端移动的距离是物体提升高度的3倍，所以滑轮组承重绳子股数为3，则表中的实验数据是利用甲图所示的滑轮组测得的。 [2]机械效率指的是有用功与总功的百分比，用公式表示为。 [3]第3次实验测得的滑轮组机械效率是。 （3）[1]分析表中数据，第3次实验拉力做的额外功是。 [2]由表中3三组数据可知，在装置相同情况下，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高，则说明滑轮组的机械效率与所提升物体的重力大小有关。 1 / 9 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 跨学科实践：制作简易升降机【两大题型】 【考点一 了解我国机械发展的历史】 1. 查阅资料，了解我国机械发展的历史 我国是世界上发明机械较早的国家之一，机械技术历史悠久，成就辉煌。比如，古代用来舂米的碓，用来从井中汲水的桔槔和辘轳，用于计量的天平，用于农业生产的水车、风车，用于军事的投石机等。随着制作原料的种类和动力的来源越来越丰富，机械发明和制造也越来越复杂。 比如，记里鼓车、以“水排”驱动的水力鼓风系统、战国云梯车等。随着铸造技术的出现，我国古代机械技术得到极大的发展。当前，我国是全球唯一拥有联合国产业分类中全部工业门类的国家，拥有完整的工业体系，诸多工程机械技术水平处于世界前列。 2. 实践活动：调查建筑工程机械的原理及应用 请以小组为单位，上网查询一下建筑工地或道路施工过程中使用的工程机械，了解它们的名称和用途，以及它们在工作过程中涉及哪些物理知识。调研内容要包括以下几个方面: (1)该工程机械的结构特点与物理原理。 (2)除简单机械外，该工程机械在设计中还应用了哪些与物理有关的知识。 (3)该工程机械在使用过程中有哪些操作规程，这其中有什么物理原理。 (4)关于该工程机械的使用安全，你还有哪些建议。 将调查结果形成调研报告，并与同学交流。 例如：汽车起重机 (1)汽车起重机主要结构：底盘、副车架、转台、吊臂、起升机构等。起升机构是起重机的基本工作机构，大多是由吊挂系统和绞车组成。 (2)汽车起重机的工作原理是杠杆原理。吊臂是一个杠杆，升降系统用到了滑轮组。 (3)除了简单机械外，汽车起重机在设计中还用到了力的知识、稳度与重心、支面的关系、压强等知识。 (4)汽车起吊工作时，四条垂直油缸支脚伸出，支撑整车重量。这样一方面不让轮胎受力，防止损坏轮胎；一方面可以增大支面，增加整车的稳度。升降系统使用了滑轮组，这样可以省力；变幅油缸控制吊臂的变幅角度，尽量增大吊臂与水平面的夹角，这样可以增加整车的稳度，防止侧翻；卷扬马达带动吊钩上下运动时，不能太快，以获得更大动力。 (5)关于该工程机械的使用安全，我的建议：① 使用前要对起重机进行观测检查，特别是关键部位，如升降系统的钢丝绳是否老化、支脚展开的面积是否足够大等；②严格按照操作章程进行工作；③起重机起重时，要注意是否超载、吊臂的角度是否合适，防止倾倒；④…… 【考点二 利用简单机械设计并制作升降机】 1. 活动前的准备 (1)仔细阅读教材，明确该实践活动的目的、要求。 (2)根据教材要求，设计 “制作升降机模型”的方案。 (3)根据设计方案，准备制作模型的材料、工具等物品。 2. 活动过程 (1)将自己的设计方案、以及画出的示意图，与同学交流。结合同学们的分享和评估，进一步完善自己的设计方案。 (2)根据改进后设计方案，制作出升降机的模型。 (3 )展示自己制作的升降机模型。 示例：制作电梯式升降机模型 ① 制作材料：2 根方木条、2 块窄木板、1 块宽木板、6 片直角固定片(包括配套螺丝)、5 块硬纸板或薄塑料板、4 个滑轮、4 m 长细绳(直径2 m m 左右)、3~5 V 直流电动马达、2 个按钮开关、电池夹及电池(2 节)、导线若干、502 胶水、透明胶带、钉子(或木螺丝)等。 ② 制作工具：剪刀、锤子、螺丝刀、老虎钳、电钻(没有也可不用)等。 (3 )制作方法： ① 按图1 甲所示制作轿厢(轿厢底面左右两侧也加卡口则更好)，并在轿厢上面中间固定一个滑轮(可用2 片直角固定片固定)。 ② 按图1 乙所示，制作竖直支架。a .先在宽木板中间用502胶水(或木螺丝)垂直固定两个方木条，并在方木条不影响轿厢升降的两侧用直角固定片加固，两根方木条间距102 m m；b. 将轿厢放入两根方木条之间(让卡口卡在方木条上)；c. 在两根方木条上端两侧各用一块窄木板夹住并固定。 ③ 按图1 乙所示，在支架上方中间位置，两根窄木板之间固定两个滑轮，二者间距10 m m 左右；同样，再在右端固定一个滑轮。 ④ 按图1 乙所示，在支架底面右侧适当位置固定电动马达、电池夹、开关等，并连接导线。 ⑤ 按图1 乙所示，将细绳一端固定在轿厢上方滑轮的挂钩上，依次绕过支架上方左侧滑轮、支架上方中间滑轮、支架上方右侧滑轮，然后将细绳另一端固定在电动马达的绕线轮上。这样，就成功制作完成了“电梯式升降机模型”。 【考点三 测量升降机的机械效率】 1. 测量升降机(滑轮组)的机械效率 (1)实验目的：测量升降机(滑轮组)的机械效率 (2)设计实验：η== (3)测量装置：如图2 所示。 (4)进行实验： ① 如图2 所示，将轿厢放到最底端，在轿厢里放入200 g 钩码，并在绳的自由端挂上测力计，记下测力计的位置s0； ②匀速拉动测力计，使轿厢上升20 c m，记下其位置h1，同时记下此时测力计的示数F1 及位置s1； ③将轿厢里的钩码分别换成400 g、600 g, 重复步骤②的实验，并记录实验数据。 ④根据记录的实验数据，算出机械效率。 (5)数据记录： 实验 序号 物体重力G 物/N 物体上升的高度h/m 绳的自由端的拉力F/N 绳的自由端移动的距离s/m 机械效率η 1 1.96 0.20 1.4 0.60 46.7% 2 3.92 0.20 2.2 0.60 59.4% 3 5.88 0.20 3.1 0.60 63.2% (6)实验结论： 比较实验1、2、3 可知，用同一电梯式升降机提升不同物体时，物体的重力越大，其机械效率越高。 2. 展示交流 (1)比一比，看谁制作的升降机在提升物体的过程中更省力。 (2)比一比，看谁制作的升降机完成上述任务的机械效率更高。 【题型一 升降机的结构、力的关系以及机械效率】 1．甲升降机比乙升降机的机械效率高，他们分别把相同质量的物体匀速提升相同的高度，则 A．乙升降机提升重物做的有用功多 B．甲升降机的电动机做的额外功多 C．甲升降机的电动机做的总功多 D．乙升降机的电动机做的总功多 2．如图所示是某建筑工地用升降机提升大理石的滑轮组示意图。升降机货箱（空载）和动滑轮的总重力是300N，大理石的密度为，每块大理石的体积是。在某次提升15块大理石的过程中，升降机在1min内将货箱中的大理石沿竖直方向匀速提升了15m，绳子末端的拉力为F，拉力F的功率为P，此时滑轮组的机械效率为η，不计绳子的重力和轮与轴的摩擦，g取10N/kg。下列选项中正确的是（　　） A．拉力F的大小为1300N B．拉力F的功率P为1125W C．滑轮组的机械效率η为85% D．若绕在滑轮组上的绳子能承受的最大拉力为2000N，货箱一次最多装20块大理石 3．一人重600N，站在重300N的升降机平台上，不计绳子和滑轮的质量及摩擦，如使升降机保持静止，如图所示，则人对绳的拉力 N；升降机平台最重可达 N。 4．某建筑工地上一台升降机的厢体连同货物质量为1.2 t，在10 s内匀速从楼的2层上到5层，每层高3m，升降机电动机的功率至少是多少？ 48．如图所示为某升降机的工作简图，A、B、C是升降机工作时的滑轮，其中 是定滑轮， 是动滑轮。    5．某施工队正在进行农村基础设施改建，建筑工人利用小型的升降机来搬运水泥，如图所示，某次搬运过程中，工人在30s的时间内，将吊篮中的水泥匀速提起6m，电动机牵引绳子的拉力F为2400N，水泥总质量为400kg。g取10N/kg，吊篮的重力忽略不计。求： (1)滑轮组对水泥做的功； (2)拉力F做功的功率； (3)滑轮组的机械效率。 6．如图所示，某升降机在40s内将3700N的重物匀速提升了10m，此过程中钢丝绳的拉力为1000N，升降机货箱的重力是200N（g=10N/kg，不计钢丝绳的重力和摩擦），求： （1）动滑轮的重力； （2）钢丝绳中的拉力的功率； （3）当此升降机的机械效率低于多少时，该升降机不再省力。    7．为解决社会上停车难的问题，某小区修建了立体车库，如图所示是某轿车停车入库时的情景。某次停车时，通过升降机20s就可将车辆竖直提升10m至第5层。若该车对水平载车板的压强为2×106Pa，车轮与载车板的总接触面积为8×10﹣3m2，请通过计算回答： （1）该汽车对载车板的压力； （2）该汽车的质量； （3）升降机克服重力对该汽车做功的功率。 8．某建筑工地用升降机提升货物的示意图如图所示。建筑工人用400N的拉力，将重800N的货物匀速提升3m，所用时间是18s（不计钢丝绳和货箱的重力，不计摩擦）。求： （1）绳子自由端移动的速度； （2）动滑轮的重力； （3）滑轮组的机械效率。（结果保留到0.1%）    9．如图是某建筑工地提升建材所用的升降机示意图。建材的重力是6000 N，建材与货箱水平底面的接触面积是2 m2。升降机在1 min内将建材匀速提升了15 m，钢丝绳自由端拉力F的功率是2000 W。试求： （1）建材对货箱水平底面的压强是多少？     （2）拉力F所做的功是多少？ （3）该升降机提升这些建材的机械效率是多少？ 10．在宜居宜业和美乡村建设中，某施工队正在进行农村基础设施改建，建筑工人利用小型的升降机来搬运水泥。如图甲所示，某次搬运过程中，工人在的时间内，将8袋水泥匀速提起，电动机牵引绳子的拉力F为，每袋水泥质量为。g取，求： （1）拉力F做功的功率； （2）滑轮组的机械效率(小数点后保留1位小数)； （3）为了一次能提升更多的水泥，物理实践小组利用学过的知识对升降机的滑轮组进行重新设计，如图乙所示。假设升降机足够稳定，电动机输出功率足够大，电动机牵引绳子的拉力仍为，吊篮及动滑轮的总重力为，不计绳重和摩擦，则这种设计的装置一次能提起多少袋水泥？    11．如图甲是某建筑工地用升降机提起重物，升降机的货箱重力为 300N， 当它把质量为 450kg 的货物匀速提起时，货物上升的 s－t 图像如图乙所示，钢丝绳能承受的最大拉力是 2000N。g 取 10N/kg，不计滑轮和钢丝绳的重力及摩擦。求： (1)该升降机一次最多能匀速提起货物的重力； (2)货物匀速上升 6s 后，拉力 F 做的功； (3)货物匀速上升 6s 后，升降机的机械效率。 12．高层楼房一般都配备电梯，如图所示是某种升降机的简化结构图，它包括电动机，导向轮，轿厢，配重，曳引钢丝等.钢丝绕过导向轮和电动机曳引轮，两端分别连接轿厢和配重，电动机利用钢丝和导向轮、曳引轮间的摩擦传递动力，使轿厢升降自如. (1)导向轮的类型为 (选填“定滑轮”或“动滑轮”). (2)若已知轿厢(包含乘客)的重力为,配重的重力为，且.则轿厢匀速上升时，钢丝绳受到的摩擦力大小 ;当轿厢改为匀速下降时，钢丝绳受到的摩擦力方向 (选填“改变”或“不变”). (3)请你从节能的角度分析配重在电梯工作过程中所起的作用 . 【题型二 测量升降机的机械效率】 13．某实验小组用下图所示的实验装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如表所示。 物理量 实验次数 1 2 3 4 钩码重G物/N 0.5 1.0 1.5 2.0 钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1 0.1 绳端拉力F/N 0.3 0.5 0.7 0.9 绳端移动距离s/m 0.3 0.3 0.3 0.3 机械效率 67% 71% 74% (1)实验中应竖直向上 拉动弹簧测力计； (2)第1次实验滑轮组的机械效率是 ；（保留两位有效数字） (3)分析以上数据可知，使用同一个滑轮组提升重物时，被提升物体的重力越 ，滑轮组的机械效率越高； (4)若在第4次实验结束后，小明又在滑轮的轮轴处加润滑油，此时滑轮组的机械效率将 （选填“大于”“等于”或“小于”）74%。 14．选用图中所示一套装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如表： 实验次数 钩码重力G/N 钩码上升高度h/cm 拉力F/N 绳子自由端移动距离s/cm 机械效率η 1 2.0 5 1.0 15 66.7% 2 4.0 5 1.8 15 74.1% 3 4.0 10 1.8 30 74.1% 4 6.0 5 2.5 15 (1)实验过程中，缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码 上升，由记录的数据可知，该实验使用的是图 所示的实验装置； (2)第4次实验时所做的有用功为 J，滑轮组的机械效率是 %； (3)分析1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越 （选填“大”或“小”），滑轮组的机械效率越高；分析2、3次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度 （选填“有关”或“无关”）； (4)用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是 　 　 。 A．换用更轻的动滑轮 B．加快提升物体的速度 15．小明在做“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用滑轮安装了如图甲、乙所示的滑轮组，实验测得的数据如下表所示。 实验次数 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η 1 2.0 0.1 1.0 0.3 66.7% 2 3.0 0.2 1.4 0.6 71.4% 3 4.0 0.3 1.8 0.9 (1)利用甲图的滑轮组进行实验，要测量绳子自由端所受的拉力，应在弹簧测力计 （选填“保持静止”或“匀速上升”）时读数； (2)表中的实验数据是利用 （选填“甲”或“乙”）图所示的滑轮组测得的；机械效率指的是 与总功的百分比，第3次实验测得的滑轮组机械效率是 （保留一位小数）； (3)分析表中数据，第3次实验拉力做的额外功是 J；滑轮组的机械效率与所提升物体的重力大小 。（选填“有关”或“无关”） 1 / 9 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$