实践 制作“龙骨水车”模型（课件）2025-2026学年八年级物理全册沪科版（2024）

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？点击画面播放龙骨水车“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? 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:龙骨水车的历史点击画面播放龙骨水车的结构点击图片观看龙骨水车使用时，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。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？ 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”模型点击图片播放 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。 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。   通过本节课的学习，你有什么收获?谢谢观看！