第十一章 简单机械和功-跨学科实践：调查并制作简单机械模型 -2026-2027学年苏科版物理九年级上学期

跨学科实践 调查并制作机械模型 答案解析 【应用场景：同步教学】 适用地区：陕西省西安市　　教材版本：苏科版（2024）九年级上册　　 考查章节：第十一章 简单机械和功 作业类型：跨学科实践作业　　适配进度：2026-2027学年上学期　　建议时长：30 min 一、基础题 1．C 解析：使用任何机械都不能省功，A错误；图甲的吊车由轮轴（巨轮与卷筒）和定滑轮组成，可以省力但要多移动距离（费距离），B错误；图乙绞车上方的滑轮轴固定在立柱顶端，是定滑轮，可以改变力的方向，C正确；图乙的绞车由轮轴（绞盘与滚轴）和定滑轮组成，绳端直接吊起石材，没有动滑轮，D错误。 2．C 解析：独轮车使用时，车轮的轴是支点，货物压向车身的力（大小等于货物重力）是阻力，手向上抬的力是动力。动力臂大于阻力臂，独轮车是省力杠杆，B错误；使用任何机械都不省功，D错误；A选项中铁箱的重力作用在货物上，阻力作用在车架上，两个力性质、受力物体都不同，不能把“货物的重力”说成“阻力”，A错误；手越靠近车轮（支点），动力臂越小，由杠杆平衡条件F₁L₁=F₂L₂可知，阻力和阻力臂不变时动力臂越小、动力越大，即越费力，C正确。 3．B 解析：《墨经》中“本”指阻力臂、“标”指动力臂，“本长标短”即阻力臂大于动力臂，属于费力杠杆。抬起巨木、推独轮车、辘轳提水使用时都是动力臂大于阻力臂的省力杠杆；踏碓舂米时，支架上的转轴是支点，脚踩处（动力）在中间，悬挂碓头处（阻力）在另一端，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆（可以省距离，使碓头抬起更高），B符合题意。 4．（原创）阅读题 （1）费力；能省距离——配重端只下降较小的高度，弹石端就能上升（摆过）较大的距离，使弹石获得较大的出手速度，从而增大射程。 解析：支点为O，配重悬挂点B到O的距离为动力臂，OB=AB-AO=12m-10m=2m；弹石悬挂点A到O的距离为阻力臂，OA=10m。动力臂小于阻力臂，该杠杆属于费力杠杆，费力但可以省距离。 （2）配重的重力至少为7500N。 解析：弹石重G石=mg=150kg×10N/kg=1500N。横梁在水平位置平衡时，由杠杆平衡条件：G配OB=G石OA，即G配×2m=1500N×10m，解得G配=7500N，故配重的重力至少为7500N。 （3）增大配重的质量（换用更重的配重石块）；或将支点O向A端移动一些（增大动力臂、减小阻力臂）；或适当减小弹石的质量。（答出一条即可） 解析：要提高水平射程，应使弹石端获得更大的速度和更大的摆转距离。由杠杆平衡条件F₁L₁=F₂L₂可知，增大动力（配重重力）或增大动力臂、减小阻力臂，都能使弹石端获得更大的作用效果。 二、提高题 5．(1)①轮轴 解析：绞车由带横杆的绞盘（相当于轮）和缠绕绳索的滚轴（相当于轴）组成，绕共同轴线转动，是轮轴，属于可以连续转动的杠杆。 ②该工匠最多一次能够借助绞车吊起11块大理石。 解析：绞盘横杆长度L为动力臂，滚轴半径d/2为阻力臂。L:d=4:1，则L:(d/2)=8:1。由杠杆平衡条件，工匠以最大推力F=400N推动时，绳上的最大拉力T=F×L/(d/2)=400N×8=3200N。图戊中滑轮A、B的轴都固定不动，均为定滑轮，只改变力的方向、不省力，故能吊起的最大总重为3200N。石材的总重最大为3200N-100N（吊筐重）=3100N，大理石块数n=3100N÷280N≈11.07，最多一次吊起11块。 6．（原创）杆秤制作 【任务一】(1)支点；省力。力臂L₁：过支点A作动力F₁作用线（竖直向下）的垂线段，该垂线段即为F₁的力臂L₁。 解析：提纽处杆秤绕A点转动，A点相当于杠杆的支点；秤盘（待测物体）到提纽的距离为阻力臂，秤砣到提纽的距离为动力臂，正常称量时动力臂大于阻力臂，杆秤相当于省力杠杆。 【任务二】②B；0 解析：秤盘与悬挂绳在提纽左侧，其重力使杠杆向左倾斜，秤砣需在右侧较远处才能平衡，导致零刻度线B过于靠右、可用刻度长度不足、量程太小。在提纽右侧的秤杆上缠适量铁丝作配重，其向下的力（在右侧）帮助秤砣分担右侧力矩，空盘平衡时秤砣位置即可左移，刻度长度增加、量程增大，B正确；在左侧缠铁丝会加重左侧力矩，秤砣更靠右，A错误；将提纽右移会增大秤盘力臂，左侧力矩更大且右端杆长更短，C错误。秤盘不放物体时秤砣的平衡位置B为零刻度，标注0g。 ③50；相同；10 解析：秤盘中放入50g钩码，重新平衡时秤砣在C点，C点即对应50g。杆秤的刻度是均匀的：设再放入质量为Δm的物体，秤砣需右移ΔL重新平衡，由杠杆平衡条件有 Δm·g×OA=m砣·g×ΔL，即ΔL与Δm成正比，故应每隔相同的距离刻线；B到C（50g）之间5等分，每格表示10g，与分度值10g一致。 ④换用质量更大的秤砣（增大秤砣的质量）。（其他合理答案均可） 解析：由杠杆平衡条件，物体质量m与秤砣到零刻度线的距离L满足 m×OA=m砣×L，即L=m×OA/m砣。杆长、秤盘及挂钩位置（OA）不变时，L与m成正比、与m砣成反比。200g刻度超出杆长，说明量程受杆长限制，增大秤砣质量m砣可使同样质量对应的刻度距离变短，从而增大测量范围。 三、拓展题 7．F=85N；配重石块质量为34.5kg 解析：设配重石块重力为G，OA=3OB。汲水（空桶）时需将A端缓慢向下拉，此时A端受到桶竖直向下的拉力G桶=30N和人的拉力F（均向下），由杠杆平衡条件：(F+30N)OA=G×OB，因OA=3OB，得G=3(F+30N)……① 装满水后水和桶总重G总=200N，需将A端缓慢向上提，人对A端施加竖直向上的拉力F，A端合力向下为200N-F，由杠杆平衡条件：(200N-F)OA=GOB，得G=3(200N-F)……② ①+②得：2G=3×230N=690N，解得G=345N，配重石块质量m=G/g=345N÷10N/kg=34.5kg；由①②相等得F+30N=200N-F，解得F=85N。 学科网（北京）股份有限公司 $ 一、作品基础信息 项目 内容 作品名称 调查并制作机械模型——跨学科实践作业 学段学科 初中·物理 适用年级 九年级（上学期） 教材版本 苏科版（2024） 对应内容 第十一章 《简单机械和功》---跨学科实践 “调查并制作机械模型” 作业类型 跨学科实践作业（应用场景：同步教学） 完成时长 总时长 30—40 分钟 地区 陕西省西安市 设计者 任亚萍 二、设计背景与意图 1. 课标与教材分析 1.1课标要求： 1.1.1. 内容要求2.2.6：知道简单机械。通过实验，探究并了解杠杆的平衡条件。 1.1.2. 跨学科实践·物理学与工程实践：能调查人类使用机械的历程，尝试利用简单机械设计、制作简易机械模型，体会工程实践的基本思路；了解机械的使用对社会发展的作用。 1.1.3. 学业质量要求：能运用简单机械的知识分析真实情境中的实际问题，经历工程探究过程；能结合史料，认识我国古代科技成就，发展物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四大核心素养。 1.2教材地位：本章核心概念是杠杆平衡条件，涉及受力分析、定量计算、模型建构等研究方法。本作业选取桔槔、配重抛石机、绞车、杆秤、独轮车等我国古代传统机械作为情境载体，将杠杆、轮轴、滑轮的理论知识与历史工程情境融合，既巩固课本基础知识，又落实跨学科实践，引导学生体会古代劳动人民的工程智慧，实现物理与历史文化的融合育人。 2. 学情分析 维度 具体描述 已有基础 学生已经学习杠杆平衡条件，具备基础的分析计算能力，能够完成基础杠杆计算题。 现有困惑 学生对古代机械的实际应用接触较少，对动手制作、方案改进的实践经验不足，将知识应用于解决问题的能力不够。 学习兴趣 学生对古代的机械感兴趣，尤其是用于军事上的火炮，大部分学生能够乐于探究古代机械的使用原理。 差异分析 学生之间存在较大的差异，不同水平的学生学习水平不同，根据不同学生对古代机械的了解和原理的探究水平不同，进行分层作业设计。 3. 设计意图 本跨学科实践作业立足杠杆、轮轴等简单机械知识，结合我国古代机械工程实例，将物理原理学习与工程实践探究相结合。既巩固杠杆平衡条件等核心知识，又引导学生经历分析、设计、制作、改进的完整实践过程，设置分层任务，落实物理观念、科学思维、科学探究等核心素养，体会古代劳动人民的智慧，培养学生工程实践意识与创新思维。 三、作业目标 目标维度 编号 具体目标 对应核心素养 评价证据 知识理解 A 识记、复述、解释杠杆平衡条件，辨别桔槔、抛石机、绞车等古代简单机械的类型，完成简单机械相关计算。 物理观念 完成简单机械类型的识别，简单机械相关计算。 能力运用 B 运用杠杆平衡条件的分析方法解决古代机械模型的实际问题，能完成模型制作或模型方案设计。 科学探究 能解决制作模型中遇到的问题，对模型提出合理的改进创新方案 思维发展 C 比较、概括、推理、评价不同古代机械的优缺点，能对模型提出合理的改进创新方案。 科学思维 能对模型提出合理的改进创新方案 情感态度 D 认同我国古代机械工程文化价值，形成工程实践与创新意识。 科学态度与责任 通过古代机械的了解，具有民族自豪感 四、作业内容与目标对应表 题号 题型 题目概要 对应作业目标编号 设计意图 参考答案/评价要点 1 选择题 分析吊车、绞车的轮轴、滑轮组合，判断说法正误 A、B 巩固轮轴、定滑轮的概念，辨析简单机械的组合应用 答案C；能区分轮轴与动滑轮，理解轮轴距离特点 2 选择题 《天工开物》独轮车，判断杠杆相关说法正误 A、B 认识古代生产工具中的杠杆，区分省力杠杆，理解并应用杠杆平衡条件 答案C；理解独轮车支点、动力阻力，知道省力杠杆特点，明白任何机械不能省功 3 选择题 《墨经》“本长标短”，判断工具属于费力杠杆 A、C 结合古籍史料，理解阻力臂、动力臂概念，辨析费力杠杆；体会古代力学成就 答案B；“本长标短”即阻力臂＞动力臂，为费力杠杆；踏碓舂米属于费力杠杆 4 综合计算题（原创） 配重抛石机（回回砲），判断杠杆类型、计算配重重力、提出改进措施 A、B、 C、D 结合《明史·兵志》史料，运用杠杆平衡条件定量计算；分析费力杠杆的应用；体会古代军事机械智慧 (1)费力；省距离，使弹石获得较大速度；(2) ；(3)增大配重重力/增大动力臂/减小阻力臂；公式书写规范，计算正确，改进措施符合杠杆原理 5 综合计算题 绞车（轮轴），判断简单机械类型，计算最多吊起大理石块数 A、B 认识轮轴结构，运用轮轴平衡条件进行计算；了解古代起重机械的应用 ①轮轴；②最多11块；理解轮轴省力原理，会利用轮轴平衡关系计算 6 实验探究题（原创） 自制筷子杆秤，刻度标注、刻度特点、改进测量范围 B、C、D 动手实践制作杆秤模型，理解杆秤杠杆原理，知道杆秤刻度均匀；体会古代称量工具智慧 ②0g；③50g；相同；10g；④换质量更大的秤砣；能理解杆秤平衡条件，会分析刻度特点，改进方案合理 7 综合计算题 桔槔汲水，利用杠杆平衡求拉力与配重石块质量 A、B、C 结合古代汲水工具桔槔，对杠杆两种工作状态进行受力分析，完成定量计算；感悟古代劳动人民智慧 能正确分析两种情景下杠杆受力，计算结果正确 五、作业评价 维度 A（优秀） B（良好） C（待改进） 权重 得分 知识理解 基础题全对，概念精确 少量细节错误 较多基础错误 20% 能力运用 方法恰当，过程清晰，理由充分 方法基本正确 方法不当或缺失 30% 思维发展 观点明确，论证充分，有独创性 表达清楚，欠缺深度 思路混乱，缺乏证据 30% 情感态度 主动投入，积极交流，乐于协作；学习目标明确，能主动反思改进 态度端正，能按要求完成任务；基本参与合作 学习态度消极，被动完成任务，合作意识弱 20% 六、试题详情 跨学科实践 调查并制作机械模型 【基础题】 1.如图甲所示是欧洲中世纪使用的吊车，如图乙所示是我国古人使用的绞车。关于吊车与绞车的认识，下列说法正确的是（　　） A．图甲的吊车可以省功 B．图甲的吊车可以省距离 C．图乙中上方的滑轮可以改变力的方向 D．图乙的绞车是由轮轴与定滑轮、动滑轮组成 2．如图是节选自我国古代科技巨著《天工开物》中的劳动情景，用独轮车运输货物时，下列说法正确的是（     ） A．车上物体的重力为阻力 B．独轮车是费力杠杆 C．手越靠近车轮越费力 D．用独轮车可以省功 3．我国古代劳动人民用智慧创造出了很多实用工具，在公元前388年《墨经》记载的杠杆原理中，将阻力臂叫“本”，动力臂叫“标”。下列工具的使用属于“本长标短”的是（　　） A．抬起巨木 B．踏碓舂米 C．推独轮车 D．辘轳提水 （原创）4.阅读下面短文，并回答问题. 配重抛石机 据《明史·兵志》记载：蒙古人远征波斯时，发现当地木制抛石机，弹石重达150公斤，射程近400公尺，落地时砸地深7尺。这种回回砲又叫配重抛石机如图甲，宋元时期传入中国，在襄樊之战中成为攻城利器。这种配重抛石机的实质是一种依靠重物下落带动的杠杆，图乙是它的模型，横梁AOB的支点为O点，A点为弹石悬挂点，B点为配重悬挂点，AB总长12m，AO长10m。 图甲 图乙 （1）该配重抛石机的杠杆属于______（选填 “省力”“费力” 或 “等臂”）杠杆；使用该类型杠杆的好处是__________________________。 （2）当横梁在水平位置平衡时，配重的重力至少为多少？ （g取10N/kg） （3）使用时发现弹石的水平射程达不到预期。请从杠杆原理的角度提出一条可行的改进措施。 【提高题】 5．简单机械在我国古代被广泛应用于生活和生产，如杠杆、滑轮、轮轴（g＝10N/kg）。 (1)如图所示是我国古人使用绞车和滑轮吊起石材时的情境，其简化结构图如图戊所示，绞盘横杆长度L与滚轴直径d之比为4:1，已知每块大理石的重力为280N，吊筐的重力为100N，不计绳重和机械间的所有摩擦。 ①绞车可以看作______（选填“轮轴”或“滑轮”）； ②一位工匠的最大推力为400N，在某次工作中，该工匠匀速推动绞车提升大理石板10m；在绳子最大拉力足够的情况下该工匠最多一次能够借助绞车吊起______块大理石。 （原创）6.物理兴趣小组的同学们用筷子、细绳、50g的钩码、瓶盖制作杆秤模型。 【任务一 识结构，明原理】 (1)如图甲，提纽悬挂的A点相当于杠杆的_________；把秤砣对秤杆的拉力作为动力F1，那么杆秤相当于一个_________杠杆。请画出此时F1的力臂L1。 图甲 图乙 【任务二：设计制作简易杆秤】 制作目标：①测量范围为0~200g；②分度值为10g。 小组的同学准备了如下器材：一次性筷子（总长20cm）、瓶盖子、细绳、钩码（50g）、美工刀、签字笔。 步骤： ①如图乙，在杆秤上的A点用美工刀刻下凹痕并缠上细绳，用细绳将瓶盖悬挂在A点下方作为秤盘。在离A点3cm处的O点用美工刀刻下凹痕并缠上细绳，作为提纽；用细绳将一个50g的钩码悬挂在提纽的右侧，作为秤砣。 ②当秤盘不放物体时，移动秤砣的位置使秤杆水平平衡，此时华华发现钩码悬挂位置过于靠右，这样杠杆的量程就太小，以下哪个方案可以解决这一问题（ ） A. A．在提纽左侧的秤杆上缠铁丝作为配重 B. 在提纽右侧的秤杆上缠铁丝作为配重 C. 将提纽的位置向右移动 解决了上述问题后，小组同学继续制作。当秤盘不放物体时，用美工刀刻下秤砣悬挂的位置B点，在B点标注质量数值为______g； ③将另一个质量为50g的钩码放入秤盘中，把秤砣的位置移到C点，秤杆在水平位置平衡，那么C点标注质量数值为______g；小明测量出BC之间距离为5cm，在B到C之间每隔___________（选填“相同”或“不同”）的距离刻下4条刻度线，每一格就表示______g; ④在C右侧每隔5cm标注一个刻度线，分别是100g，150g，但是小明发现杆秤不够长，无法标记200g的刻度线，在不增加杆长、不改变秤盘及秤砣位置的情况下，要想增加杆秤的测量范围，可行的做法是____________________________________（答出一条即可）。 【拓展题】 7.桔槔（杠杆）是中国古代一项伟大的发明。如图是古人利用桔槔从井里汲水的示意图，在它的前端A处用一根轻质细杆系一个水桶，在后端B处绑一块配重的石块，O为支点且OA＝3OB。汲水时，先缓慢向下拉杆；装水后，缓慢向上提杆。桶重30N，桔槔的自重及摩擦不计。若汲水时，已向下拉杆的力为F，装满水后，水和桶总重为200N，向上提桶的力仍为F，则F＝______N；配重石块质量为______kg。 学科网（北京）股份有限公司 $