第9课　桔槔灌溉显智慧

中华五千年的历史长河，创造发明的东西超乎我们的想象，你听说过桔槔（jié gāo）吗？桔槔也叫吊杆，是中国古代打水用的简单机械，发明于春秋战国时期，在一根竖立的架子上加上一根细长的杠杆，中间是支点，一端系水桶，另一端系重物，它主要是将重力势能转换为动能，通过取水时的一起一落，让装满水的水桶能自动抬起来，又省力又省时。同学们，想不想自己制作一个桔槔呢？让我们一起试试吧！

任务分析

想要制作出桔槔，首先要了解在打水的时候是怎么将重力势能转换为动能的。在构思这个作品时，首先要明确作品的功能与特点，然后思考并提出设计作品中需要解决的问题，并能够提出相应的解决方案。

明确功能

在你没看到桔槔之前，你想象的打水装置应该是什么样的呢？桔槔跟你想象的有何不同？为何不同？你觉得桔槔的结构又能让它实现什么样的功能呢？请将你认为需要达到的目标填写在图9-1的思维导图中。

提出问题

要想成功利用桔槔打水，还需思考几个问题，如图9-2所示。你还能提出怎样的问题？填在框中。

头脑风暴

生活中有很多重力势能转换的运用，如图9-3所示，无论是从高处往下滑雪还是小孩子玩跷跷板，都是将重力势能转换成动能，需要的元件有一根杠杆和一个支点，变化的是支点的选择和杠杆两侧物体。那么桔槔是如何借鉴这样的设计来让打水省时省力呢？让我们展开思考。

提出方案

桔槔可以采用杠杆和支点组合的设计方案，就是模拟跷跷板，首先需要有支点，支点的一端连接打水的桶，另一端连接重物，通过重力势能将水桶一端自动提起。请根据表9-1的内容，选一选支点和重物的设计类型，并说说为什么这样选择。

规划设计

作品规划

根据以上的方案，可以初步设计出作品的构架，请规划作品所需要的元素，将自己的想法和问题添加到图9-4的思维导图中。

结构设计

桔槔由底座、杠杆和两端重物3部分组成。参照图9-5，你有什么更好的结构方案吗？

探究实践

作品的实施主要分器材准备、搭建作品和功能检测3个部分。首先根据作品结构，选择合适的器材；然后依次搭建底座杠杆和两端重物，并将其组合；最后使用搭建的作品开展实验探究。

器材准备

桔槔的底座选择孔梁、孔臂（厚连杆）和连接件，中间杠杆使用的轴须是不带摩擦的轴销；重物端用轮胎代替，水桶端可自制水桶。主要器材清单如表9-2所示。

搭建作品

搭建桔槔时，可以分模块进行。首先搭建桔槔的底座，再通过光销连接架起杠杆，最后将杠杆的两端一端放“水桶”，一端放“重物”。同学们也可以根据自己的想法进行搭建。

●底座

如图9-6所示，将2个1×16梁与1×11.5双弯厚连杆通过若干黑销连接起来，再搭建一个相反的结构，两者构建起桔槔的底座。

●杠杆

如图9-7所示，先将光销装在杠杆上，再一起固定到底座上端。

●重物端

将底座与横梁用蓝色销进行连接，可以使用各种零件进行配重，对比不同配重的实验结果，如图9-8所示。

●水桶端

如图9-9所示，使用短孔梁和孔臂模拟水桶。

●组合

如图9-10所示，协调好各部件，光销插在孔梁的中间位置。

功能检测

桔槔制作好后，通过改变重物端的质量，观察水桶端是否能自动提起，可以开展有趣的科学探究。

●重物端质量选择

选择不同数量的车轮和轮胎，预测水桶端是否能自动提起，再比较水桶端和重物端的质量，并将结果记录在表9-3中，同样质量的需实验3次来确认。

●支点的选择

改变支点使其不在孔臂的中间位置，不改变重物端和水桶端的质量，观察当支点向哪一端靠近时，那一端会自动上升还是下降呢？请把实验结果记录在表9-4中。

智慧钥匙

1．重力的发现

你一定听过这样的一个故事，1666年的一个夏天，一颗苹果落到牛顿的头上，于是牛顿发现了万有引力和重力的存在，重力就是地球对物体的吸引而使物体受到的力，我们在地球上都会受到重力的作用，如图9-11所示。

重力的方向总是竖直向下的，这就解释了为什么我们在地球上跳跃总会下落，而在太空航行时，受重力影响变小，我们会看到宇航员飘浮在空中，如图9-12所示。

2．重力的运用

桔槔能让打满水的桶在重力的作用下自动提起，在生活中还有许多利用重力的实例，让重力的能量转换为动能，比如跳水和滑雪就是运动员在重力的作用下，速度越来越快。在医院中，病人吊水也是重力的一种运用（图9-13），你能想出重力在生活中还有哪些运用吗？