1.了解我國機(jī)械發(fā)展的歷史，調(diào)查建筑工程機(jī)械的原理及應(yīng)用2.選擇簡單機(jī)械及身邊的器材，設(shè)計(jì)并制作升降機(jī)3.利用自制升降機(jī)提升重物，測量升降機(jī)工作時(shí)的機(jī)械效率
日常生活中，人們經(jīng)常利用機(jī)械搬運(yùn)物體。在沒有電的時(shí)代，我國古代勞動(dòng)人民利用簡單機(jī)械制作了升降機(jī)，以方便搬運(yùn)人和物品。
我國古代用于軍事瞭望的巢車。
請(qǐng)你利用簡單機(jī)械設(shè)計(jì)并制作一個(gè)能搬運(yùn)物體上下移動(dòng)的升降機(jī)，從中體會(huì)簡單機(jī)械的原理在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。
任務(wù)一 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。
這些機(jī)械在動(dòng)力的利用和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上都各具特色。
隨著制作原料的種類和動(dòng)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。
以“水排”驅(qū)動(dòng)的水力鼓風(fēng)系統(tǒng)（早期煉鐵爐的風(fēng)箱助燃裝置）
這些機(jī)械不僅在動(dòng)力使用上從人力轉(zhuǎn)向畜力、水力等，而且在結(jié)構(gòu)方面出現(xiàn)了齒輪、凸輪和曲柄連桿等復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
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。
兩晉時(shí)期出現(xiàn)了自動(dòng)磨車、舂車、水碾等水力機(jī)械。
農(nóng)耕器具也得到改進(jìn)，如圖為元代《農(nóng)書》中的“農(nóng)器圖譜”部分。
對(duì)當(dāng)時(shí)的農(nóng)業(yè)機(jī)械和許多生產(chǎn)工具進(jìn)行了詳細(xì)的說明和論述。
同時(shí)，紡織機(jī)械、造船技術(shù)也有了新的發(fā)展。
我國涌現(xiàn)出許多杰出的機(jī)械制造家。
他們?yōu)楣糯鷻C(jī)械的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。不少機(jī)械還傳到了國外，對(duì)世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了積極的影響。
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。
2020年12月，我國自主研發(fā)的嫦娥五號(hào)探測器成功著陸月面后，順利完成我國首次月球表面自動(dòng)采樣，并將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。
嫦娥五號(hào)自動(dòng)采樣的關(guān)鍵部件為機(jī)械臂。機(jī)械臂又長又細(xì)，長3.7m，臂厚1.4mm，可以360°可視化操作。臂的末端一頭是一個(gè)小鏟子。另一頭是淺表鉆，可以輕松完成鏟挖、淺鉆、拾取等動(dòng)作。
機(jī)械臂的設(shè)計(jì)利用了杠桿等機(jī)械，其動(dòng)力來源于安裝在各個(gè)關(guān)節(jié)處的電動(dòng)機(jī)，如同人體手臂乃至手掌的肌肉一樣，驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂完成相應(yīng)的動(dòng)作。
嫦娥五號(hào)探測器成功完成月壤取樣任務(wù)，使我國成為世界上第三個(gè)取回月壤樣本的國家。
科學(xué)窗：我國古代紡織機(jī)械與技術(shù)
我國古代有著當(dāng)時(shí)世界上最完善和最先進(jìn)的紡織機(jī)械和技術(shù)，這是我國長期保持絲綢大國地位的重要原因之一。
我國古代紡織技術(shù)最早可追溯到戰(zhàn)國時(shí)期，經(jīng)歷了原始手工紡織時(shí)期和手工機(jī)器紡織時(shí)期兩個(gè)基本發(fā)展階段。
在原始手工紡織時(shí)期，人們利用紡墜紡紗，利用原始腰機(jī)織布。
織布時(shí)，織工席地而坐，以身體作機(jī)架，以兩腳蹬著經(jīng)軸，腰上縛著卷布軸，用提綜桿提起經(jīng)紗形成梭口，再投梭打緯，進(jìn)行織布。原始腰機(jī)是人類最早發(fā)明和使用的織機(jī)。
在手工機(jī)器紡織時(shí)期，我國古代勞動(dòng)人民發(fā)明創(chuàng)造了踏板織機(jī)、斜織機(jī)、竹籠機(jī)、大花樓機(jī)、多錠大紡車等，大大提高了生產(chǎn)效率。
踏板織機(jī)是在原始腰機(jī)的基礎(chǔ)上，使用機(jī)架代替身體作為支架并加入踏板而成的，后來經(jīng)由絲綢之路傳到中亞、西亞和歐洲各國。
斜織機(jī)是在踏板織機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，織物經(jīng)面與水平機(jī)座成50°~60°，利用杠桿原理，用腳踏板來控制綜片的升降，以織造平紋織物。
竹籠機(jī)是一種運(yùn)用提花技術(shù)的織機(jī)，早在宋代即已存在。它能反復(fù)有規(guī)律地織造復(fù)雜花紋，在我國廣西少數(shù)民族地區(qū)應(yīng)用較廣，一般用來織制壯錦等。提花技術(shù)是我國古代最為復(fù)雜的織造技術(shù)，是紡織史上的里程碑。
近年來，我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展取得了舉世矚目的成就。發(fā)展經(jīng)濟(jì)、改善人民生活質(zhì)量，離不開基礎(chǔ)工程建設(shè)。
請(qǐng)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(shí)。調(diào)研內(nèi)容要包括以下幾個(gè)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(shí)。
(3)該工程機(jī)械在使用過程中有哪些操作規(guī)程，這其中有什么物理道理。
(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。
任務(wù)二 利用簡單機(jī)械設(shè)計(jì)并制作升降機(jī)
不同的機(jī)械有不同的功能，比如，利用定滑輪可以改變力的方向，利用動(dòng)滑輪、輪軸可以省力，等等。因此，我們要根據(jù)功能需求選擇不同的簡單機(jī)械來設(shè)計(jì)升降機(jī)。
我們要設(shè)計(jì)的升降機(jī)的功能需求有:能豎直上下搬運(yùn)物體，以0.3kg的重物作為搬運(yùn)的目標(biāo)物體，豎直搬運(yùn)高度不小于10cm。
思考：為了實(shí)現(xiàn)這些功能，升降機(jī)需要包括哪幾部分?每部分應(yīng)如何設(shè)計(jì)?設(shè)計(jì)時(shí)，我們需要注意可使用的簡單機(jī)械什么?
基于上述功能需求，選擇簡單機(jī)械設(shè)計(jì)升降機(jī)。比如，可以選擇滑輪組實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的上下運(yùn)動(dòng)，也可以選擇輪軸或其他方式來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的上下運(yùn)動(dòng)。
(1)升降機(jī)搬運(yùn)物體需要用到轎廂，轎廂可以有個(gè)性化的設(shè)計(jì)。
(2)升降機(jī)需要有豎直支架，支撐轎廂上下運(yùn)行。
(3)升降機(jī)在運(yùn)送物體的過程中要能省力，且機(jī)械效率盡可能高。
設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下幾點(diǎn):
將你的想法以示意圖的方式畫出來，與同學(xué)交流。結(jié)合同學(xué)們的分享和評(píng)估，進(jìn)一步完善你的設(shè)計(jì)方案，并將你設(shè)計(jì)的升降機(jī)制作出來。
任務(wù)三 測量升降機(jī)的機(jī)械效率
測量開降機(jī)的機(jī)械效率，需要測出有用功和總功。有用功和總功又該如何測量呢?在動(dòng)手測量之前，我們需要思考以下問題:
(1)在提升過程中，有用功和總功分別是哪個(gè)力做的功?
(2)如何測量繩子自由端的拉力和繩子自由端移動(dòng)的距離?
物體受到的重力做的功是有用功；繩子自由端的拉力做的功是總功。
(3)如何測量物體上升的高度?
(4)記錄數(shù)據(jù)的表格應(yīng)該怎樣設(shè)計(jì)?
結(jié)合上述思考的問題，利用自制升降機(jī)將質(zhì)量為0.3kg的物體提升不低于10cm，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行如下比較。
(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。
1.我國平移建筑物技術(shù)一直以來都是處于世界領(lǐng)先水平，它把建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)與巖土工程技術(shù)緊密結(jié)合起來，其基本原理與起重搬運(yùn)中的重物水平移動(dòng)相似。如圖所示，若某建筑物質(zhì)量為10000t,首先被舉高1.1m,再水平移動(dòng)24m,則建筑物被舉高的過程中克服其重力做功為______J，水平移動(dòng)過程中，建筑物重力做功為_______J。（g取10N/kg）
2.如圖所示，某升降機(jī)在40s內(nèi)將3700N的重物勻速提升了10m,此過程中鋼絲繩的拉力為1000N，升降機(jī)貨箱的重力是200N（g=10N/kg,不計(jì)鋼絲繩的重力和摩擦），則動(dòng)滑輪的重力為 N；鋼絲繩中的拉力的功率為 W；當(dāng)此升降機(jī)的機(jī)械效率低于 %時(shí)，該升降機(jī)不再省力。
3.如圖所示，用滑輪組勻速提升重為200N的物體，拉力F為125N，物體升高的高度為4m，用時(shí)5s，不計(jì)繩重和摩擦，則在此過程中，下列說法中正確的是（　　）A．總功為800JB．動(dòng)滑輪重為5NC．拉力做功的功率為160WD．滑輪組的機(jī)械效率為80%

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第六節(jié) 制作簡易升降機(jī)

版本： 北師大版（2024）

年級(jí)： 八年級(jí)下冊（2024）

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