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(共28张PPT)
实践：制作 “龙骨水车” 模型
一、项目背景与原理
（一）历史背景
龙骨水车是中国古代劳动人民发明的一种灌溉工具，距今已有两千多年历史。它通过人力或畜力驱动，利用链条和刮板的传动将低处的水提升到高处，广泛应用于农田灌溉，体现了古代机械设计的智慧。
（二）工作原理
龙骨水车的核心是链条传动和杠杆原理的结合：
动力输入：通过摇柄转动主轴（杠杆省力结构），摇柄越长越省力（动力臂大于阻力臂）。
传动系统：主轴带动链轮转动，链轮驱动链条（龙骨）循环运动。
提水机构：链条上的刮板（水斗）随链条转动，从低处舀水后随链条上升，到顶端时将水倒入输水渠，实现提水功能。
机械效率：模型中需克服链条与链轮的摩擦、刮板与水槽的摩擦等额外功，通过优化结构可提高效率。
二、材料与工具准备
（一）材料清单
材料类型
具体物品
用途
框架材料
雪糕棒、竹签、薄木板（10cm×20cm）
制作支架、水槽、主轴支架
传动部件
细铁丝（直径 0.5mm）、塑料齿轮（2 个，直径 2cm）、链条（可自制纸链条或用细链条）
制作主轴、链轮、传动链条
提水部件
塑料薄片（如饮料瓶剪裁）、小塑料勺（6-8 个）
制作刮板（水斗）
固定材料
热熔胶、订书钉、回形针、细线
固定各部件连接
动力部件
木柄（直径 1cm，长 15cm）、转轴（竹签或细木棒）
制作摇柄和主轴
辅助材料
颜料、砂纸、直尺、铅笔
打磨、测量、装饰
（二）工具清单
剪刀、美工刀（成人操作或全程监督）
热熔胶枪（低功率，注意安全）
打孔器、直尺、圆规
砂纸（细目，打磨毛刺）
三、制作步骤
（一）制作框架与水槽（约 60 分钟）
支架搭建：
用 4 根雪糕棒搭建长方形主框架（长 30cm，宽 10cm），四角用热熔胶固定。
在框架两侧对称位置各固定 2 根垂直支架（高 15cm），用于支撑主轴。
水槽制作：
将薄木板剪裁成长 30cm、宽 8cm 的长方形，两侧用雪糕棒做挡水沿（高 2cm），形成敞口水槽。
用热熔胶将水槽固定在主框架底部，确保水槽倾斜角度约 15°（低端为进水口，高端为出水口）。
（二）制作传动系统（约 90 分钟）
主轴与链轮：
取一根长 12cm 的竹签作为主轴，两端各安装一个塑料齿轮（链轮），齿轮中心打孔后套在主轴上，用热熔胶固定（确保同心）。
在主轴一端安装摇柄：将木柄垂直固定在主轴末端，形成 “L” 形杠杆（摇柄长度 10cm，动力臂长）。
链轮支架安装：
在水槽两端的支架上打孔，孔径略大于主轴直径，将主轴两端穿过支架孔，确保主轴能灵活转动（可涂抹少量润滑油减少摩擦）。
链条制作：
自制纸链条：将硬卡纸剪裁成宽 1cm、长 3cm 的纸条，两端打孔，用回形针连接成环链（长度略长于水槽长度的 2 倍）。
或使用细金属链条，确保链条与齿轮啮合顺畅（链条节距与齿轮齿距匹配）。
（三）安装提水机构（约 40 分钟）
刮板制作：
将塑料薄片剪裁成宽 3cm、长 5cm 的刮板，或直接使用小塑料勺（勺口朝向一致）。
用砂纸打磨刮板边缘，避免划伤链条。
固定刮板：
将刮板均匀固定在链条上（间距 5cm），刮板与链条垂直，用热熔胶或订书钉固定（确保牢固，舀水时不脱落）。
检查刮板方向：所有刮板的 “舀水面” 朝向一致，确保转动时能从水槽低处舀水。
（四）组装与调试（约 30 分钟）
整体组装：
将链条套在两个链轮上，调整主轴位置，确保链条松紧适度（过松易打滑，过紧转动困难）。
用热熔胶加固所有连接处，避免转动时部件松动。
初步调试：
转动摇柄，观察链条是否顺畅循环，刮板是否能随链条正常升降。
若链条打滑，可增加链轮齿数或调整链条长度；若转动费力，检查是否有部件卡滞，打磨接触点减少摩擦。
四、提水测试与优化
（一）测试步骤
在水槽低端倒入 50ml 水（水深约 1cm）。
匀速转动摇柄（每分钟约 30 转），记录 1 分钟内从出水口流出的水量。
重复测试 3 次，计算平均出水量，评估模型提水效率。
（二）优化方案
问题现象
原因分析
解决方法
链条打滑
链轮与链条啮合不紧密
增加链条节数或更换匹配的齿轮
提水量少
刮板间距过大或勺口过小
减小刮板间距（3-4cm），更换稍大的刮板
转动费力
摩擦过大（主轴或链轮卡顿）
主轴涂抹润滑油，打磨刮板与水槽接触点
漏水严重
刮板密封性差
在刮板边缘粘贴薄海绵条增强密封性
五、原理分析与拓展
（一）力学原理应用
杠杆原理：摇柄是省力杠杆，动力臂（摇柄长度）越长，转动所需动力越小（\(F_1 = \frac{F_2 l_2}{l_1}\)）。
功与功率：提水过程中，有用功是提升水的重力势能（\(W_有 = Gh = mgh\)），总功是摇柄输入的功（\(W_总 = Fs\)，\(s\)为摇柄转动的距离），机械效率\(\eta = \frac{W_有}{W_总} \times 100\%\)。
传动效率：链条传动的效率高于摩擦传动，但需定期润滑减少额外功。
（二）历史与科学结合
对比古代龙骨水车与现代水泵：两者核心都是将机械能转化为水的势能，但现代水泵通过电机驱动，功率更大（\(P = \frac{W}{t}\)），效率更高（可达 80%-90%）。
思考：古代为何选择链条传动而非齿轮传动？（链条传动更适合长距离传动，制作成本低，维修方便）
六、安全与注意事项
使用美工刀、热熔胶枪时需成人陪同，避免烫伤或割伤。
竹签、铁丝等尖锐部件需打磨光滑，防止刺伤。
测试时避免水洒入电器设备附近，保持操作台干燥。
模型完成后妥善保存，可作为科学教具反复使用。
七、成果展示与评价
（一）展示内容
模型结构：标注支架、主轴、链轮、链条、刮板等关键部件。
工作演示：现场转动摇柄，展示提水过程，记录提水效率。
原理说明：用示意图标注动力臂、阻力臂、能量转化过程。
（二）评价标准
评价维度
评分标准
结构完整性
框架稳固，传动系统顺畅，提水机构有效
功能实现
能成功提水，1 分钟出水量≥30ml
原理应用
正确体现杠杆原理和链条传动，能解释效率问题
创意与美观
外观整洁，有装饰或改进设计（如加装省力摇柄）
通过本次实践，不仅能深入理解古代机械的工作原理，还能锻炼动手能力和问题解决能力，体会 “从生活到科学，从传统到创新” 的实践意义。
2024沪科版物理八年级全册
实践 制作“龙骨水车”模型
第十一章 简单机械
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
在很多重要的建设工程中，绞吸式挖泥船发挥着重要的作用，因其具有高效，环保节能，适应性强等特点，广泛应用于河道疏浚、港口建设以及航道维护等工程项目当中。
绞吸式挖泥船
你知道它是由什么演变而来的吗？
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龙骨水车
“龙骨水车”作为我国古代的灌溉农具，是农业机械史上的一项重大改进。用于现代海洋开发的绞吸式挖泥船，就是从这种水车进化、演变而来的。
“龙骨水车”有怎样的结构
“龙骨水车”的历史发展是怎样的
活动方案
查阅资料。了解我国“龙骨水车”的历史及结构功能，体会我国古代诗词歌赋中对“龙骨水车”的描述及赞美，感受我国古人在创造农业机械方面的智慧。
任务一:
龙骨水车的历史
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龙骨水车的结构
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龙骨水车使用时，人对摇杆施加力的作用使轮轴转动，此时摇杆属于省力杠杆。木链条运动起来，一定质量的水被水车提升到高处时重力势能增大。
拓 展
轮轴
1. 定义：由具有共同转动轴的大轮和小轮组成的简单机械。通常把大轮叫轮，小轮叫轴。
2. 实质：一个可以连续转动且动力臂大于阻力臂的省力杠杆，
支点在轮轴的轴线上。
3. 特点：可以省カ但要费距离。
r
O
R
A
B
F2
F1
辘轳
轮轴
由杠杆的平衡条件可知，F1R=F2r ，所以
轮半径为轴半径的几倍，作用在轮上的力就为作用在轴上的力的几分之一。
①增大槽内板叶刮水的质量；
②减小木链条和轮轴内部的摩擦。
如何提高“龙骨水车”的提水效率？
思考
制作“龙骨水车”模型。收集材料，也可采购制作的材料包，制作一个“龙骨水车”模型。通过实际操作，探究“龙骨水车”的工作原理及影响效果的原因。
任务二：
2.采购龙骨水车模型制作的材料包，根据说明方法进行组装。
1.收集材料，自己根据龙骨水车的结构进行制作。
组装完成的“龙骨水车”模型
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交流评价
结合模型介绍“龙骨水车”的历史、工作原理、制作过程和应用前景等，还可以撰写文案、制作视频等，在班级内展示。
拓展研究
查阅资料，了解我国古代的科技成就，体会我国古人为世界科技发展所作出的贡献，写一篇相关的小论文，与大家分享成果。
我国的四大发明
活字印刷术
指南针
造纸术
火药
中国古代发明史
跨学科实践
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。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。
了解“龙骨水车”的原理
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。
1.(1)龙骨水车的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”)
压强
不变
增大
(3)刮水板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水
所做的功越____，当农人踩动脚踏板的速度加快时，提升水
的功率会变____。
多
大
(4)写出一条提高“龙骨水车”提水效率的方法：____________
____________________。
在各部件之间加润滑油来减小摩擦
制作“龙骨水车”模型
2.(1)制作简易“龙骨水车”的首要是选材。龙骨水车的制作材
料主要是木材，请你说出用木材作为原材料的一个优点：___
____________________________________________________
_________________________________________________。
木材易获取加工(答案不唯一，示例如下：木材具有抗腐蚀性，适应长期湿润的环境；木材的密度较小，方便搬运)
可从选材的物理属性(如密度、硬度、弹性、导热
性等)、化学属性(如耐腐蚀、不易氧化等)进行回答；同时可
从选材的环保性、占空间体积等方面考虑。
(2)老师为学习小组提供“龙骨水车”模型(如图所示)组件，按
照说明书组装水车。
现代机械
3.现代很多机械与“龙骨水车”的原理相似，
例如图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。
下表是某型号链斗式输送机在某次工作中的相关数据。
每分钟提升物料 的质量 每分钟提升物料
的高度
该链斗式输送机在本次工作过程中，每分钟输出的总功为
__________，机械效率为______。取
通过本节课的学习，你有什么收获
谢谢观看！

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