作业 24 跨学科实践:制作简易升降机
一、了解我国机械发展的历史
1. 我国是世界上发明机械较早的国家之一,机械技术历史悠久,成就辉煌。比如,古代用来舂米的碓,用来从井中汲水的桔槔和辘轳,用于计量的天平,用于农业生产的水车、风车,用于军事的投石机,等等。这些机械在动力的利用和机械结构的设计上都各具特色。
2. 当前,我国是全球唯一拥有联合国产业分类中全部工业门类的国家,拥有完整的工业体系,诸多工程机械技术水平处于世界前列。
二、利用简单机械设计并制作升降机
不同的机械有不同的功能,比如,利用定滑轮可以改变力的方向,利用动滑轮、轮轴可以省力,等等。因此,我们要根据功能需求选择不同的简单机械来设计升降机。
三、测量升降机的机械效率
测量升降机的机械效率,需要测出有用功和总功。有用功和总功又该如何测量呢? 在动手测量之前,我们需要思考以下问题。
(1)在提升过程中,有用功和总功分别是哪个力做的功?
(2)如何测量物体上升的高度?
(3)如何测量绳子自由端的拉力和绳子自由端移动的距离?
(4)记录数据的表格应该怎样设计?

【解析】：1. 对于（1）：有用功是克服物体重力做的功，在提升物体过程中，物体重力为$G$，物体上升高度为$h$，根据功的计算公式$W = Fs$（这里$F = G$，$s = h$），所以有用功$W_{有}=Gh$，即有用功是重力$G$做的功。总功是拉力做的功，绳子自由端的拉力为$F$，绳子自由端移动的距离为$s$，根据功的计算公式$W = Fs$，总功$W_{总}=Fs$，所以总功是拉力$F$做的功。2. 对于（2）：可以使用刻度尺测量物体上升的高度。在测量时，先在物体初始位置做一个标记，然后在物体上升到一定高度后，在最终位置再做一个标记，最后用刻度尺测量这两个标记之间的垂直距离，这个距离就是物体上升的高度$h$。3. 对于（3）：测量绳子自由端的拉力：使用弹簧测力计，在匀速拉动绳子提升物体的过程中，读取弹簧测力计的示数，这个示数就是绳子自由端的拉力$F$。测量绳子自由端移动的距离：同样使用刻度尺，在绳子自由端初始位置做标记，当物体上升到一定高度，绳子自由端移动后，在新的位置做标记，用刻度尺测量这两个标记之间的距离，就是绳子自由端移动的距离$s$。4. 对于（4）：为了测量升降机的机械效率，需要记录物体重力$G$、物体上升高度$h$、绳子自由端拉力$F$、绳子自由端移动距离$s$，然后根据公式$W_{有}=Gh$、$W_{总}=Fs$计算有用功和总功，再根据$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%$计算机械效率$\eta$。所以表格应包含这些物理量。【答案】：(1)有用功是重力做的功，总功是绳子自由端的拉力做的功。(2)用刻度尺测量物体上升前后的位置标记之间的垂直距离。(3)用弹簧测力计在匀速拉动绳子提升物体时测量绳子自由端的拉力；用刻度尺测量绳子自由端移动前后的位置标记之间的距离。(4)|物理量|物体重力$G/N$|物体上升高度$h/m$|绳子自由端拉力$F/N$|绳子自由端移动距离$s/m$|有用功$W_{有}/J$|总功$W_{总}/J$|机械效率$\eta$|| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- ||测量值| | | | | | | |