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龙骨水车
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，因其结构形如长龙骨架而得此名，是一种用于排水和灌溉的机械。龙骨水车约始于我国东汉时期，三国时期的机械大师马钧予以改进，之后一直在农业上发挥着巨大的作用。
如图甲所示，龙骨水车的主体由两部分组成，一是取水部分的车桶、大龙头轴、小龙头轴、刮水板等；二是人操作部分的扶手和脚踏板等。龙骨水车通体由木质板材构成，并且大部分采用榫接和链接结构，简单的材料、成熟的技艺，使龙骨水车很容易制作。
龙骨水车在工作时主要利用链轮传动原理，即当主动轴旋转时，链条与固定在主动轴上的链轮相啮合，从而带动固定在从动轴上的链轮旋转，使从动轴获得动力。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，将低处的水输送至高处的农田中，实现灌溉。
如图甲、乙所示的龙骨水车是脚踏驱动的，称为脚力水车。根据龙骨水车驱动力的不同，还有手摇驱动的手摇水车、流水驱动的水转水车、风力驱动的风力水车等。相比之下，脚力水车较为轻便、易于搬运、对环境要求低、取水效率高，在农业灌溉中使用最广。
龙骨水车在我国已使用了近两千年，目前仍然有地区在用其灌溉，劳动人民的智慧历经千年淬炼，仍然闪耀着光芒！
（1）龙骨水车在工作时主要是利用了
（2）刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越
（3）若工人某次使用龙骨水车灌溉面积为10 m²的稻田，使稻田的平均水深达到0.1 m，灌溉过程中水被龙骨水车提升的高度为2 m，所用时间为20 min，工人做功的平均功率为40 W，则该过程中工人做的总功为
龙骨水车
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，因其结构形如长龙骨架而得此名，是一种用于排水和灌溉的机械。龙骨水车约始于我国东汉时期，三国时期的机械大师马钧予以改进，之后一直在农业上发挥着巨大的作用。
如图甲所示，龙骨水车的主体由两部分组成，一是取水部分的车桶、大龙头轴、小龙头轴、刮水板等；二是人操作部分的扶手和脚踏板等。龙骨水车通体由木质板材构成，并且大部分采用榫接和链接结构，简单的材料、成熟的技艺，使龙骨水车很容易制作。
龙骨水车在工作时主要利用链轮传动原理，即当主动轴旋转时，链条与固定在主动轴上的链轮相啮合，从而带动固定在从动轴上的链轮旋转，使从动轴获得动力。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，将低处的水输送至高处的农田中，实现灌溉。
如图甲、乙所示的龙骨水车是脚踏驱动的，称为脚力水车。根据龙骨水车驱动力的不同，还有手摇驱动的手摇水车、流水驱动的水转水车、风力驱动的风力水车等。相比之下，脚力水车较为轻便、易于搬运、对环境要求低、取水效率高，在农业灌溉中使用最广。
龙骨水车在我国已使用了近两千年，目前仍然有地区在用其灌溉，劳动人民的智慧历经千年淬炼，仍然闪耀着光芒！
（1）龙骨水车在工作时主要是利用了
链轮传动
原理。（2）刮板的面积越大，水车旋转一周提升的水就越多，对水所做的功越
多
，当工人踩动脚踏的速度加快时，提升水的功率会变大
。（3）若工人某次使用龙骨水车灌溉面积为10 m²的稻田，使稻田的平均水深达到0.1 m，灌溉过程中水被龙骨水车提升的高度为2 m，所用时间为20 min，工人做功的平均功率为40 W，则该过程中工人做的总功为
$4.8×10^4$
J，机械效率为42
%（保留整数，不计水渗透和蒸发等损耗，水的密度为$1.0× 10^3\ \mathrm{kg/m}^3$，g取10 N/kg）。答案
(1)链轮传动 (2)多 大 (3)$4.8×10^4$ 42
【解析】(3)灌溉过程中水被龙骨水车提升的高度为2 m,所用时间为20 min,工人做功的平均功率为40 W,则该过程中工人做的总功为
$W=Pt=40\ \mathrm{W} × 20 × 60\ \mathrm{s}=4.8× 10^4\ \mathrm{J}$;工人某次使用龙骨水车灌溉面积为$10\ \mathrm{m}^2$的稻田,使稻田的平均水深达到0.1 m,灌溉过程中水被龙骨水车提升的高度为2 m,克服水的重力做的有用功为$W_{\mathrm{有用}}=Gh=mgh=\rho Vgh=1.0× 10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 10\ \mathrm{m}^2 × 0.1\ \mathrm{m} × 10\ \mathrm{N/kg} × 2\ \mathrm{m}=2× 10^4\ \mathrm{J}$;机械效率为 $\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{总}}}× 100\%=\frac{2× 10^4\ \mathrm{J}}{4.8× 10^4\ \mathrm{J}}× 100\%\approx 42\%$。
【解析】(3)灌溉过程中水被龙骨水车提升的高度为2 m,所用时间为20 min,工人做功的平均功率为40 W,则该过程中工人做的总功为
$W=Pt=40\ \mathrm{W} × 20 × 60\ \mathrm{s}=4.8× 10^4\ \mathrm{J}$;工人某次使用龙骨水车灌溉面积为$10\ \mathrm{m}^2$的稻田,使稻田的平均水深达到0.1 m,灌溉过程中水被龙骨水车提升的高度为2 m,克服水的重力做的有用功为$W_{\mathrm{有用}}=Gh=mgh=\rho Vgh=1.0× 10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 10\ \mathrm{m}^2 × 0.1\ \mathrm{m} × 10\ \mathrm{N/kg} × 2\ \mathrm{m}=2× 10^4\ \mathrm{J}$;机械效率为 $\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{总}}}× 100\%=\frac{2× 10^4\ \mathrm{J}}{4.8× 10^4\ \mathrm{J}}× 100\%\approx 42\%$。
解析
【分析】
本题结合古代灌溉工具龙骨水车，需从短文中提取信息并结合物理公式解题：第（1）题直接提取工作原理；第（2）题根据功、功率的概念分析；第（3）题利用功、功率、机械效率的公式分步计算。
【解析】
（1）根据短文内容“龙骨水车在工作时主要利用链轮传动原理”，可知其工作原理为链轮传动；
（2）刮板面积越大，水车旋转一周提升水的重力越大，提升相同高度时，由$W=Gh$可知对水做的功越多；工人踩动脚踏速度加快时，相同时间内提升水的量增多，做功变多，由$P=\frac{W}{t}$可知提升水的功率变大；
（3）总功计算：时间$t=20\ \mathrm{min}=20×60\ \mathrm{s}=1200\ \mathrm{s}$，总功$W_{\mathrm{总}}=Pt=40\ \mathrm{W}×1200\ \mathrm{s}=4.8×10^4\ \mathrm{J}$；
水的体积$V=S× h=10\ \mathrm{m}^2×0.1\ \mathrm{m}=1\ \mathrm{m}^3$，水的质量$m=\rho V=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×1\ \mathrm{m}^3=1×10^3\ \mathrm{kg}$，水的重力$G=mg=1×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1×10^4\ \mathrm{N}$；
有用功$W_{\mathrm{有用}}=Gh=1×10^4\ \mathrm{N}×2\ \mathrm{m}=2×10^4\ \mathrm{J}$；
机械效率$\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{总}}}×100\%=\frac{2×10^4\ \mathrm{J}}{4.8×10^4\ \mathrm{J}}×100\%\approx42\%$。
【答案】
(1)链轮传动 (2)多 大 (3)$4.8×10^4$ 42
【知识点】
功的计算、功率的计算、机械效率
【点评】
本题将物理知识与古代灌溉工具结合，既考查信息提取能力，又考查功、功率、机械效率的计算，贴近实际，体现物理的实用性。
【难度系数】
0.6
本题结合古代灌溉工具龙骨水车，需从短文中提取信息并结合物理公式解题：第（1）题直接提取工作原理；第（2）题根据功、功率的概念分析；第（3）题利用功、功率、机械效率的公式分步计算。
【解析】
（1）根据短文内容“龙骨水车在工作时主要利用链轮传动原理”，可知其工作原理为链轮传动；
（2）刮板面积越大，水车旋转一周提升水的重力越大，提升相同高度时，由$W=Gh$可知对水做的功越多；工人踩动脚踏速度加快时，相同时间内提升水的量增多，做功变多，由$P=\frac{W}{t}$可知提升水的功率变大；
（3）总功计算：时间$t=20\ \mathrm{min}=20×60\ \mathrm{s}=1200\ \mathrm{s}$，总功$W_{\mathrm{总}}=Pt=40\ \mathrm{W}×1200\ \mathrm{s}=4.8×10^4\ \mathrm{J}$；
水的体积$V=S× h=10\ \mathrm{m}^2×0.1\ \mathrm{m}=1\ \mathrm{m}^3$，水的质量$m=\rho V=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×1\ \mathrm{m}^3=1×10^3\ \mathrm{kg}$，水的重力$G=mg=1×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1×10^4\ \mathrm{N}$；
有用功$W_{\mathrm{有用}}=Gh=1×10^4\ \mathrm{N}×2\ \mathrm{m}=2×10^4\ \mathrm{J}$；
机械效率$\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{总}}}×100\%=\frac{2×10^4\ \mathrm{J}}{4.8×10^4\ \mathrm{J}}×100\%\approx42\%$。
【答案】
(1)链轮传动 (2)多 大 (3)$4.8×10^4$ 42
【知识点】
功的计算、功率的计算、机械效率
【点评】
本题将物理知识与古代灌溉工具结合，既考查信息提取能力，又考查功、功率、机械效率的计算，贴近实际，体现物理的实用性。
【难度系数】
0.6
