14. 阅读材料,回答问题。
桔槔和辘轳
中国古代五大农书之首《齐民要术》中清楚地记载着:“井深用辘轳,井浅用桔槔。”桔槔是人类最早发明的简单汲水工具,如图甲所示,在其横长杆的中间由竖木支撑或悬吊起来,横杆的一端用一根绳与汲器相连,另一端绑上或悬上一块大石块。当不提水时,横长杆的绑大石块端位置较低,横长杆的汲器端位置较高;当要汲水时,人用力向下拉绳子使汲器下降到水面以下并让水流入汲器,与此同时另一端大石块的位置则上升。当汲器装满水后,就让另一端大石块下降,就可将汲器提升。
桔槔只能在浅水中汲水,无法满足深井汲水的需求,限制了农业发展。辘轳的出现,弥补了桔槔的功能缺陷,既省力,又便于深井汲水,满足了人们农业生产和日常生活方面对水资源的进一步需求(如图乙所示)。辘轳是典型的轮轴,其结构如图丙所示,半径较大的是轮,半径较小的是轴,轮轴是能够连续转动的杠杆,支点就在转轴线上。$R$为轮半径,$r$为轴半径,$F_{1}$为作用在轮上的力,$F_{2}$为作用在轴上的力。当轮轴匀速转动时,$F_{1}R=F_{2}r$,且$R>r$,所以$F_{1}<F_{2}$。因而辘轳能够省力,同时还可以根据井深确定绳子的长度。

(1) 人用力向下拉绳子时,桔槔的结构相当于一个
(2) 与桔槔相比,辘轳的优势是:①
(3) 使用辘轳时,若想更加省力,可以进行改进,请你列举一条:
桔槔和辘轳
中国古代五大农书之首《齐民要术》中清楚地记载着:“井深用辘轳,井浅用桔槔。”桔槔是人类最早发明的简单汲水工具,如图甲所示,在其横长杆的中间由竖木支撑或悬吊起来,横杆的一端用一根绳与汲器相连,另一端绑上或悬上一块大石块。当不提水时,横长杆的绑大石块端位置较低,横长杆的汲器端位置较高;当要汲水时,人用力向下拉绳子使汲器下降到水面以下并让水流入汲器,与此同时另一端大石块的位置则上升。当汲器装满水后,就让另一端大石块下降,就可将汲器提升。
桔槔只能在浅水中汲水,无法满足深井汲水的需求,限制了农业发展。辘轳的出现,弥补了桔槔的功能缺陷,既省力,又便于深井汲水,满足了人们农业生产和日常生活方面对水资源的进一步需求(如图乙所示)。辘轳是典型的轮轴,其结构如图丙所示,半径较大的是轮,半径较小的是轴,轮轴是能够连续转动的杠杆,支点就在转轴线上。$R$为轮半径,$r$为轴半径,$F_{1}$为作用在轮上的力,$F_{2}$为作用在轴上的力。当轮轴匀速转动时,$F_{1}R=F_{2}r$,且$R>r$,所以$F_{1}<F_{2}$。因而辘轳能够省力,同时还可以根据井深确定绳子的长度。
(1) 人用力向下拉绳子时,桔槔的结构相当于一个
费力
(填“省力”或“费力”)杠杆。(2) 与桔槔相比,辘轳的优势是:①
省力
;②便于深井汲水
。(3) 使用辘轳时,若想更加省力,可以进行改进,请你列举一条:
增大轮半径(答案不唯一)
(合理即可)。答案
14. (1)费力
(2)①省力 ②便于深井汲水
(3)增大轮半径(答案不唯一)
(2)①省力 ②便于深井汲水
(3)增大轮半径(答案不唯一)
解析
【分析】
我们可以分三步来思考这道题:
1. 第一问判断杠杆类型:首先找到桔槔横杆的支点,对比人施加拉力的动力臂、另一端石块重力的阻力臂的长度,当人向下拉绳子时,动力臂明显小于阻力臂,对应费力杠杆的特征,即可得出结论。
2. 第二问提取辘轳的优势:直接从题干给出的材料原文中定位相关描述,材料明确说明辘轳弥补了桔槔的缺陷,既省力又便于深井汲水,直接提取这两个特点即可。
3. 第三问设计更省力的改进方案:根据题干给出的轮轴平衡公式$F_1R=F_2r$,在提升的重物$F_2$不变的前提下,要让动力$F_1$更小,要么增大轮半径$R$,要么减小轴半径$r$,任选合理的改进方向即可。
【解析】
(1) 人用力向下拉绳子时,桔槔横杆的支点在中间的支撑位置,此时人施加拉力的动力臂小于石块重力对应的阻力臂,动力大于阻力,因此桔槔相当于费力杠杆。
(2) 从材料描述可知,桔槔仅能在浅井汲水,辘轳弥补了它的缺陷,两个核心优势分别是省力、便于深井汲水。
(3) 根据轮轴的平衡关系$F_1R=F_2r$,在提升重物总重力不变时,增大轮半径,或者减小轴半径,都可以让作用在轮上的动力更小,实现更省力的效果,例如增大轮半径就是可行的改进方法。
【答案】
(1)费力
(2)①省力 ②便于深井汲水
(3)增大轮半径(答案不唯一,合理即可)
【知识点】
杠杆分类,轮轴平衡,简单机械应用
【点评】
本题结合我国古代传统汲水工具的史料进行命题,既考查了杠杆分类、轮轴规律的基础知识点,也锻炼了学生从科普阅读材料中提取有效信息的能力,同时渗透了古代劳动人民的智慧科普,题目贴合实际,难度较低。
【难度系数】
0.8
我们可以分三步来思考这道题:
1. 第一问判断杠杆类型:首先找到桔槔横杆的支点,对比人施加拉力的动力臂、另一端石块重力的阻力臂的长度,当人向下拉绳子时,动力臂明显小于阻力臂,对应费力杠杆的特征,即可得出结论。
2. 第二问提取辘轳的优势:直接从题干给出的材料原文中定位相关描述,材料明确说明辘轳弥补了桔槔的缺陷,既省力又便于深井汲水,直接提取这两个特点即可。
3. 第三问设计更省力的改进方案:根据题干给出的轮轴平衡公式$F_1R=F_2r$,在提升的重物$F_2$不变的前提下,要让动力$F_1$更小,要么增大轮半径$R$,要么减小轴半径$r$,任选合理的改进方向即可。
【解析】
(1) 人用力向下拉绳子时,桔槔横杆的支点在中间的支撑位置,此时人施加拉力的动力臂小于石块重力对应的阻力臂,动力大于阻力,因此桔槔相当于费力杠杆。
(2) 从材料描述可知,桔槔仅能在浅井汲水,辘轳弥补了它的缺陷,两个核心优势分别是省力、便于深井汲水。
(3) 根据轮轴的平衡关系$F_1R=F_2r$,在提升重物总重力不变时,增大轮半径,或者减小轴半径,都可以让作用在轮上的动力更小,实现更省力的效果,例如增大轮半径就是可行的改进方法。
【答案】
(1)费力
(2)①省力 ②便于深井汲水
(3)增大轮半径(答案不唯一,合理即可)
【知识点】
杠杆分类,轮轴平衡,简单机械应用
【点评】
本题结合我国古代传统汲水工具的史料进行命题,既考查了杠杆分类、轮轴规律的基础知识点,也锻炼了学生从科普阅读材料中提取有效信息的能力,同时渗透了古代劳动人民的智慧科普,题目贴合实际,难度较低。
【难度系数】
0.8
登录