活动任务一
查阅资料,了解龙骨水车的发展历史。
龙骨水车,最早记载于东汉,三国时马钧加以改进。其中应用的链传动原理比西欧早1500年。历史上,多位名人对它多有赞咏或描述,如“龙骨车鸣水入塘”(陆游),“翻翻联联衔尾鸦”(苏轼),“龙骨翻车置水滨”(乾隆)……这些诗句既赞美水车巧夺天工,也讴歌农人辛劳。
1. 龙骨水车主要由轮轴、龙骨链条、木质刮板、水槽等构成,手摇转轴部分属于简单机械中的。轮轴由轮和轴组成,轮半径大于轴半径,使用轮轴可以(填“省力”或“省距离”)。
2. 使用任何机械都不可避免要克服机械自重、部件摩擦做额外功。物理上,有用功和总功之比叫做。
3. 水车提水时,克服水的重力所做的功是功;克服链条、转轴摩擦、刮板自重做的功是功。
4. 古代农忙时多采用多人脚踏驱动水车,增大输入动力,目的是在相同时间内提升更多水量,提高有用功,在额外功不变时,提升水车的。

1. 轮轴 省力
2. 机械效率
3. 有用 额外
4. 机械效率

【分析】
本题围绕龙骨水车考查简单机械、机械效率的相关概念，需结合各知识点的定义逐一分析：
1. 先判断手摇转轴部分的简单机械类型，再根据轮轴的特点判断省力情况；
2. 直接回忆有用功与总功比值的物理定义；
3. 区分有用功（对我们有用的功）和额外功（不需要但不得不做的功）；
4. 根据机械效率的公式，分析有用功变化时机械效率的变化。
【解析】
1. 手摇转轴部分由轮和轴组成，属于简单机械中的轮轴；轮轴的轮半径大于轴半径，动力作用在轮上时，使用轮轴可以省力。
2. 物理上，有用功和总功的比值叫做机械效率，这是机械效率的定义。
3. 水车提水时，克服水的重力做的功是我们需要的，属于有用功；克服链条、转轴摩擦、刮板自重做的功是不需要但不得不做的，属于额外功。
4. 相同时间内提升更多水量，有用功增大，额外功不变，根据机械效率公式η=W有用/W总，有用功与总功的比值变大，即提高了水车的机械效率。
【答案】
1. 轮轴 省力
2. 机械效率
3. 有用 额外
4. 机械效率
【知识点】
轮轴、机械效率、有用功与额外功
【点评】
本题结合古代发明龙骨水车考查物理基础概念，既联系了历史知识，又巩固了简单机械、机械效率的相关内容，属于基础题型，侧重对概念的理解与应用。
【难度系数】
0.9

活动任务二
制作龙骨水车模型。
1.准备器材:硬质塑料板或雪糕棒、细木棍(转轴)、小塑料片(刮板)、细绳、热熔胶、水槽、清水、量杯等。
2.制作过程:
(1)利用木棍制作两个驱动轮轴,并在两侧用支架固定轮轴。
(2)用硬质长条拼接成闭合龙骨链条,链条上等距固定塑料刮板。
(3)将链条套在上下轮轴之间,下半段浸入水槽液面下方,转动上端手摇轮,带动刮板连续提水。
3.成果测试:固定转动圈数(手摇20圈),用量杯承接水车提升的水,记录提升水的体积,更换不同粗细的转轴、改变刮板间距,多次实验,填写表格。

4.小组整理数据,结合实验现象分析:
(1)给转轴轴承处涂抹润滑油,为什么能提高水车机械效率?
(2)同等条件下,轮轴的轮做得越大,手摇驱动越省力,请用轮轴原理简要说明。

3. 略
4.(1)润滑油可减小链条、转轴间摩擦力,减少额外功,有用功占比提升,机械效率提高。
(2)轮轴可以看作连续转动的省力杠杆:轮半径 R 为动力臂,轴半径 r 为阻力臂,支点是共同的轴心,根据杠杆平衡条件可知 F₁R=F₂r,R＞r,且轮半径 R 越大,所需动力 F₁ 越小,因此用大轮手摇更省力。

【分析】
本题围绕龙骨水车的制作与测试，考查机械效率和轮轴原理的应用。需先结合实验条件分析转动20圈时提水体积的变化，再通过额外功、有用功的变化判断机械效率；对于问题部分，需利用机械效率的定义和轮轴的杠杆本质进行解答。
1. 分析表格实验条件：
转轴加粗、轴半径变大：转动20圈时，刮板的数量和间距未改变，故提水体积不变；轴半径变大使转动时克服轴摩擦的额外功增加，有用功不变，因此机械效率变小。
刮板间距变大、刮板数量减少：转动20圈时，参与提水的刮板数量减少，故提水体积变小；有用功（提升水的功）减少，额外功变化不大，因此机械效率变小。
链条涂抹润滑油减小摩擦：转动20圈时，刮板的情况未变，提水体积不变；摩擦减小使额外功减少，总功减少，有用功不变，因此机械效率变大。
2. 解答问题：
(1) 机械效率是有用功与总功的比值，润滑油减小摩擦可减少额外功，总功减小，有用功占比提升，机械效率提高。
(2) 轮轴本质是省力杠杆，动力臂为轮半径，阻力臂为轴半径，根据杠杆平衡条件，轮半径越大，所需动力越小，因此大轮更省力。
【解析】
3. 表格填写：
转轴加粗，轴半径变大：转动20圈提水体积不变，机械效率变小；
刮板间距变大、刮板数量减少：转动20圈提水体积变小，机械效率变小；
链条涂抹润滑油减小摩擦：转动20圈提水体积不变，机械效率变大。
4. (1) 机械效率公式为$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}$，总功$W_{总}=W_{有用}+W_{额外}$。转轴与链条间的摩擦力属于额外功，涂抹润滑油可减小摩擦力，从而减少额外功；在提升水的有用功不变的情况下，总功减小，有用功在总功中的占比提升，因此机械效率提高。
(2) 轮轴可看作连续转动的杠杆，支点为轴心，动力作用在轮上，动力臂为轮半径$R$；阻力作用在轴上，阻力臂为轴半径$r$。根据杠杆平衡条件$F_1R=F_2r$，由于$R＞r$，因此动力$F_1$小于阻力$F_2$，即轮轴省力；当轮半径$R$越大时，所需动力$F_1$越小，故同等条件下轮做得越大，手摇驱动越省力。
【答案】
3. （表格依次）不变；变小；变小；变小；不变；变大
4. (1) 润滑油可减小链条、转轴间摩擦力，减少额外功，有用功占比提升，机械效率提高。
(2) 轮轴可以看作连续转动的省力杠杆：轮半径$R$为动力臂，轴半径$r$为阻力臂，支点是共同的轴心，根据杠杆平衡条件可知$F_1R=F_2r$，$R＞r$，且轮半径$R$越大，所需动力$F_1$越小，因此用大轮手摇更省力。
【知识点】
机械效率；轮轴原理；摩擦力
【点评】
本题结合实际制作水车的实验场景，将物理知识与实践操作结合，既考查机械效率的影响因素，又考查轮轴的杠杆本质，需要学生理解物理概念并能应用于实际问题，是一道中等难度的综合题。
【难度系数】
0.5