了解我國機(jī)械發(fā)展的歷史利用簡單機(jī)械設(shè)計(jì)并制作升降機(jī)測量升降機(jī)的機(jī)械效率
了解我國機(jī)械發(fā)展的歷史
1. 查閱資料，了解我國機(jī)械發(fā)展的歷史我國是世界上發(fā)明機(jī)械較早的國家之一，機(jī)械技術(shù)歷史悠久，成就輝煌。比如，古代用來舂米的碓，用來從井中汲水的桔槔和轆轤，用于計(jì)量的天平，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的水車、風(fēng)車，用于軍事的投石機(jī)等。隨著制作原料的種類和動力的來源越來越豐富，機(jī)械發(fā)明和制造也越來越復(fù)雜。
比如，記里鼓車、以“水排”驅(qū)動的水力鼓風(fēng)系統(tǒng)、戰(zhàn)國云梯車等。隨著鑄造技術(shù)的出現(xiàn)，我國古代機(jī)械技術(shù)得到極大的發(fā)展。當(dāng)前，我國是全球唯一擁有聯(lián)合國產(chǎn)業(yè)分類中全部工業(yè)門類的國家，擁有完整的工業(yè)體系，諸多工程機(jī)械技術(shù)水平處于世界前列。
2. 實(shí)踐活動：調(diào)查建筑工程機(jī)械的原理及應(yīng)用請以小組為單位，上網(wǎng)查詢一下建筑工地或道路施工過程中使用的工程機(jī)械，了解它們的名稱和用途，以及它們在工作過程中涉及哪些物理知識。調(diào)研內(nèi)容要包括以下幾個方面:
(1)該工程機(jī)械的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與物理原理。(2)除簡單機(jī)械外，該工程機(jī)械在設(shè)計(jì)中還應(yīng)用了哪些與物理有關(guān)的知識。(3)該工程機(jī)械在使用過程中有哪些操作規(guī)程，這其中有什么物理原理。(4)關(guān)于該工程機(jī)械的使用安全，你還有哪些建議。將調(diào)查結(jié)果形成調(diào)研報(bào)告，并與同學(xué)交流。
例如：汽車起重機(jī)(1)汽車起重機(jī)主要結(jié)構(gòu)：底盤、副車架、轉(zhuǎn)臺、吊臂、起升機(jī)構(gòu)等。起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)的基本工作機(jī)構(gòu)，大多是由吊掛系統(tǒng)和絞車組成。(2)汽車起重機(jī)的工作原理是杠桿原理。吊臂是一個杠桿，升降系統(tǒng)用到了滑輪組。(3)除了簡單機(jī)械外，汽車起重機(jī)在設(shè)計(jì)中還用到了力的知識、穩(wěn)度與重心、支面的關(guān)系、壓強(qiáng)等知識。
(4)汽車起吊工作時，四條垂直油缸支腳伸出，支撐整車重量。這樣一方面不讓輪胎受力，防止損壞輪胎；一方面可以增大支面，增加整車的穩(wěn)度。升降系統(tǒng)使用了滑輪組，這樣可以省力；變幅油缸控制吊臂的變幅角度，盡量增大吊臂與水平面的夾角，這樣可以增加整車的穩(wěn)度，防止側(cè)翻；卷揚(yáng)馬達(dá)帶動吊鉤上下運(yùn)動時，不能太快，以獲得更大動力。
(5)關(guān)于該工程機(jī)械的使用安全，我的建議：① 使用前要對起重機(jī)進(jìn)行觀測檢查，特別是關(guān)鍵部位，如升降系統(tǒng)的鋼絲繩是否老化、支腳展開的面積是否足夠大等；②嚴(yán)格按照操作章程進(jìn)行工作；③起重機(jī)起重時，要注意是否超載、吊臂的角度是否合適，防止傾倒；④……
方法點(diǎn)撥1. 與同學(xué)們交流自己收集到的資料、以及獲取資料、處理信息的方法等，共同提高進(jìn)步。2. 就某種機(jī)械的原理、結(jié)構(gòu)、使用方法等方面，與同學(xué)們展開交流討論，說說它用到了哪些簡單機(jī)械，體會任何復(fù)雜的機(jī)械，都是由簡單機(jī)械構(gòu)成的。認(rèn)識學(xué)好簡單機(jī)械的重要性。3. 與同學(xué)們交流自己通過這次活動得到的收獲，感受我國人民的聰明和智慧，激發(fā)民族自豪感，樹立強(qiáng)國有我的志向。
方法點(diǎn)撥建設(shè)工程機(jī)械有許多，如起重機(jī)(輪胎式起重機(jī)、塔式起重機(jī)、門式起重機(jī)等)、挖掘機(jī)(輪式挖掘機(jī)、履帶挖掘機(jī)、多功能挖掘機(jī)等)、隧道掘進(jìn)機(jī)、橋梁架構(gòu)機(jī)等。大家可以選擇自己熟悉的工程機(jī)械進(jìn)行分析研究，并按照課本要求的幾個方面去收集信息，并結(jié)合自己掌握的知識，綜合分析解答，完成調(diào)查報(bào)告。
利用簡單機(jī)械設(shè)計(jì)并制作升降機(jī)
1. 活動前的準(zhǔn)備(1)仔細(xì)閱讀教材，明確該實(shí)踐活動的目的、要求。(2)根據(jù)教材要求，設(shè)計(jì) “制作升降機(jī)模型”的方案。(3)根據(jù)設(shè)計(jì)方案，準(zhǔn)備制作模型的材料、工具等物品。
2. 活動過程(1)將自己的設(shè)計(jì)方案、以及畫出的示意圖，與同學(xué)交流。結(jié)合同學(xué)們的分享和評估，進(jìn)一步完善自己的設(shè)計(jì)方案。(2)根據(jù)改進(jìn)后設(shè)計(jì)方案，制作出升降機(jī)的模型。(3 )展示自己制作的升降機(jī)模型。
示例：制作電梯式升降機(jī)模型① 制作材料：2 根方木條、2 塊窄木板、1 塊寬木板、6 片直角固定片(包括配套螺絲)、5 塊硬紙板或薄塑料板、4 個滑輪、4 m 長細(xì)繩(直徑2 m m 左右)、3~5 V 直流電動馬達(dá)、2 個按鈕開關(guān)、電池夾及電池(2 節(jié))、導(dǎo)線若干、502 膠水、透明膠帶、釘子(或木螺絲)等。② 制作工具：剪刀、錘子、螺絲刀、老虎鉗、電鉆(沒有也可不用)等。
(3 )制作方法：① 按圖1 甲所示制作轎廂(轎廂底面左右兩側(cè)也加卡口則更好)，并在轎廂上面中間固定一個滑輪(可用2 片直角固定片固定)。
② 按圖1 乙所示，制作豎直支架。a .先在寬木板中間用502膠水(或木螺絲)垂直固定兩個方木條，并在方木條不影響轎廂升降的兩側(cè)用直角固定片加固，兩根方木條間距102 m m；b. 將轎廂放入兩根方木條之間(讓卡口卡在方木條上)；c. 在兩根方木條上端兩側(cè)各用一塊窄木板夾住并固定。
③ 按圖1 乙所示，在支架上方中間位置，兩根窄木板之間固定兩個滑輪，二者間距10 m m 左右；同樣，再在右端固定一個滑輪。④ 按圖1 乙所示，在支架底面右側(cè)適當(dāng)位置固定電動馬達(dá)、電池夾、開關(guān)等，并連接導(dǎo)線。
⑤ 按圖1 乙所示，將細(xì)繩一端固定在轎廂上方滑輪的掛鉤上，依次繞過支架上方左側(cè)滑輪、支架上方中間滑輪、支架上方右側(cè)滑輪，然后將細(xì)繩另一端固定在電動馬達(dá)的繞線輪上。這樣，就成功制作完成了“電梯式升降機(jī)模型”。
實(shí)踐點(diǎn)撥制作材料可以利用身邊的材料，因地制宜。例如，利用竹竿、塑料管等代替方木條，用硬紙板、塑料板來代替寬木板等；再如，可用食品包裝盒(塑料盒、薄鐵皮盒、硬紙盒等)來制作轎廂，用塑料管、塑料片、粗鐵絲等自制滑輪。
特別提示1. 同學(xué)之間可以分工合作，組成活動小組。2. 制作模型時，要注意安全，有序進(jìn)行。
(4)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：① 如圖2 所示，將轎廂放到最底端，在轎廂里放入200 g 鉤碼，并在繩的自由端掛上測力計(jì)，記下測力計(jì)的位置s0；
②勻速拉動測力計(jì)，使轎廂上升20 c m，記下其位置h1，同時記下此時測力計(jì)的示數(shù)F1 及位置s1；③將轎廂里的鉤碼分別換成400 g、600 g, 重復(fù)步驟②的實(shí)驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。④根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，算出機(jī)械效率。
(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：比較實(shí)驗(yàn)1、2、3 可知，用同一電梯式升降機(jī)提升不同物體時，物體的重力越大，其機(jī)械效率越高。
2. 展示交流(1)比一比，看誰制作的升降機(jī)在提升物體的過程中更省力。(2)比一比，看誰制作的升降機(jī)完成上述任務(wù)的機(jī)械效率更高。
深度思考怎樣提高電梯式升降機(jī)的機(jī)械效率？
深度理解提高電梯式升降機(jī)(滑輪組)機(jī)械效率的方法：(1)增加有用功:對于電梯式升降機(jī)(滑輪組)而言，適當(dāng)增大物重。同一升降機(jī)，提起的物體越重，它的機(jī)械效率越高。(2)減小額外功:①減小摩擦: 減小滑輪的輪與軸間的摩擦，主要采用加潤滑油的方法。②減輕機(jī)械自身的重力:一是減小動滑輪的重力，二是減小繩子的重力，三是減小轎廂的重力。采取的主要措施是選用輕質(zhì)材料制成的轎廂、動滑輪和繩子。
[中考·齊齊哈爾]某小組在“測滑輪組機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)如表所示，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3 所示。
(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)沿豎直方向______緩慢拉動彈簧測力計(jì)。
(2)小組同學(xué)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中邊拉動邊讀數(shù)，彈簧測力計(jì)示數(shù)不穩(wěn)定，應(yīng)該靜止讀數(shù)，你認(rèn)為他的想法______(填“正確”或“不正確”)，因?yàn)樗麤]有考慮到______對滑輪組機(jī)械效率的影響。
解析：在彈簧測力計(jì)靜止時讀數(shù)，不會克服滑輪與軸、繩與滑輪之間的摩擦，彈簧測力計(jì)的示數(shù)偏小，故這樣的想法不正確。
(3)用圖丁裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出表中第4 次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，請將表中的兩個數(shù)據(jù)填寫完整。
(4)通過比較______(填實(shí)驗(yàn)次數(shù)的序號)兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論：使用同一滑輪組提升同一重物時，滑輪組的機(jī)械效率與繩子段數(shù)無關(guān)。
解析：1、2、3 次實(shí)驗(yàn)中繩子的段數(shù)分別為2、3、3，再結(jié)合鉤碼的重力可知，1、2、3 次實(shí)驗(yàn)分別是用甲、乙、丙裝置做的。探究同一滑輪組的機(jī)械效率與繩子段數(shù)的關(guān)系時，要控制提升物體的重力相同、滑輪個數(shù)相同，只改變繩子的有效段數(shù)，故應(yīng)比較1、2 兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
(5)通過比較______(填實(shí)驗(yàn)次數(shù)的序號)兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論：同一滑輪組提升重物時，物重越大，滑輪組的機(jī)械效率越高。
解析：探究同一滑輪組提升重物時機(jī)械效率與物重的關(guān)系，要控制滑輪個數(shù)相同、繩子的段數(shù)相同，只改變物體的重力，故應(yīng)比較2、3 兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
(6)通過比較3、4 兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：_________________________________________________________。
解析：3、4 兩次實(shí)驗(yàn)利用的是丙、丁兩裝置，滑輪組不同，提升的重物相同，動滑輪越重，機(jī)械效率越小。
提升相同重物時，動滑輪越重，滑輪組機(jī)械效率越低
1. [中考·天水] 如圖為測量滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)裝置，鉤碼總重為6 N。
(1)實(shí)驗(yàn)時應(yīng)豎直向上______拉動彈簧測力計(jì)，測得拉力大小為2.5 N。(2)若鉤碼上升的高度為10 cm，該滑輪組的機(jī)械效率為______ ％。(3)若僅增加鉤碼的質(zhì)量，則該滑輪組的機(jī)械效率將______(填“增大”“減小”或“不變”)。
易錯點(diǎn) 對滑輪組機(jī)械效率的測量影響因素理解不清例2 測量如圖4 所示滑輪組的機(jī)械效率，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表。
(1)將表中空缺的數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整。
(2)分析第________次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可知，使用同一滑輪組提升重物時，重物重力越大，滑輪組的機(jī)械效率越高；分析第3、4 次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可知，滑輪組的機(jī)械效率與鉤碼上升的高度______(填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。
思路導(dǎo)引：第1、2、3 次實(shí)驗(yàn)中，鉤碼的重力依次變大，滑輪組的機(jī)械效率依次變大；第3、4 次實(shí)驗(yàn)中，鉤碼上升的高度不同，機(jī)械效率不變。
(3)若不計(jì)繩重和摩擦, 第1 次實(shí)驗(yàn)中，動滑輪的重力為______ N。
(4)小亮同學(xué)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中邊拉動邊讀數(shù)，彈簧測力計(jì)示數(shù)不穩(wěn)定，因此他認(rèn)為應(yīng)該靜止讀數(shù)。你認(rèn)為他的想法 ______( 填“正確”或“不正確”)。
思路導(dǎo)引：拉動彈簧測力計(jì)時，除了克服動滑輪重、繩重做的功，克服滑輪組內(nèi)部的摩擦做的功也是額外功，若在彈簧測力計(jì)靜止時讀數(shù)，則拉力偏小。相當(dāng)于沒有考慮這部分額外功，故他的想法不正確。
(5)小亮同學(xué)又設(shè)計(jì)了一個方案，如圖5 所示(裝置中滑輪重均相同)。在提升同一重物時，若不計(jì)繩重和摩擦，新裝置的機(jī)械效率______( 填“大于”“等于”或“小于”) 原裝置的機(jī)械效率。
診誤區(qū)：(1) 誤認(rèn)為“在彈簧測力計(jì)靜止時讀數(shù)”與“在彈簧測力計(jì)勻速運(yùn)動時讀數(shù)”效果相同，其實(shí)彈簧測力計(jì)靜止時的示數(shù)偏小。(2)在不計(jì)摩擦和繩重的情況下，誤認(rèn)為定滑輪個數(shù)影響滑輪組的機(jī)械效率，其實(shí)此時滑輪組的機(jī)械效率與定滑輪的個數(shù)無關(guān)。

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版本： 北師大版（2024）

年級： 八年級下冊（2024）

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