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第11章 机械与功
改变世界的机械
5
01
知道轮轴和斜面等简单机械的原理。
02
了解机械使用的历史发展过程。
03
认识机械的使用对社会发展的作用。
一、简单机械的家族
阅读教材第104~105页，完成以下内容。
(一)认识轮轴
1.简单机械的家族：杠杆、滑轮、 、 、螺旋等。
2.轮轴由两个半径不等的圆柱固定在 上组成，大的称为 ，小的称为 。
斜面
轮轴
同一轴线
轮
轴
3.轮轴的实质：轮轴可看作是一个可以连续转动的 ，如图所示，轮轴作为杠杆的支点在 ，轮半径R是 臂，轴半径r是
臂。由杠杆的平衡条件可知：FR＝Gr。
轴心O
不等臂杠杆
动力
阻力
一、简单机械的家族
4.轮轴的主要功能：一是改变力的 ；二是改变物体的运动 。轮轴将直线运动和 运动互相联系起来，实现了二者的相互转化。
大小
速度
圆周
一、简单机械的家族
5.轮轴的实际应用
古代的辘轳是一种轮轴
汽车的方向盘是常见的轮轴
门的把手
自行车的踏板
齿轮是一种特殊轮轴
活扳手
一、简单机械的家族
学以致用
(2024·无锡惠山区期末)图甲是《天工开物》中记载的一种农业生产汲水装置——辘轳，图乙是它提水时的示意图，为方便提水，应按照_______
(选填“省力”或“费力”)杠杆来设计，支点是 　 (选填“A”“B”或“C”)点；图丙中水龙头开关的设计也应用了同样原理，开关选用_____
(选填“①”或“②”)效果更好。
省力
B
①
解析　辘轳的实质是轮轴，为方便提水，根据题图可知，它是按照省力杠杆来设计的；由于轮围绕B点进行旋转，可知B点为其支点。水龙头开关的设计也应用了轮轴，增大轮的半径可以增大动力臂，在阻力和阻力臂一定时，可以减小动力，故选择图中的①可以更省力。
(二)认识斜面
1.斜面是与水平面成一定夹角的倾斜平面。
2.斜面的原理：如图所示，如果不计物体与斜面之间的摩擦，根据功的原理，用力F沿斜面把物体匀速推(或拉)上去所做的功，应该等于直接将物体抬高所做的功，即Gh＝ 。因此，
如果不计摩擦，斜面长是斜面高的几倍，
拉力或推力就是物体所受重力的几分之一，
所以说斜面是一种 机械。
FL
省力
一、简单机械的家族
(2)特点：可以将 运动与沿轴向的运动进
行互相转化，螺旋的实质是 的变形，因此可以省力但费距离，是
机械。
3.特殊的斜面——螺旋
(1)定义：螺旋可以看成绕在 上的斜面，
例如：如图所示，把三角形的纸片绕在圆柱上，
就把斜面变成了螺旋。
圆柱
旋转
省力
斜面
一、简单机械的家族
思考：你还能举出生活和生产中利用斜面的例子吗？
盘山公路
螺丝钉
旋转楼梯
一、简单机械的家族
学以致用
(2024·咸阳礼泉县期中)我国是多山之国，修建了很多盘山公路，尤其在西南和中部地区。如图所示，盘山公路修得弯弯曲曲，主要目的是(　　)
A.省距离 B.省力
C.省功 D.省力和省功
B
二、改变世界的机械
物理学的发展推动了蒸汽机、内燃机和 的发明与改进，吹响了两次伟大的工业革命的号角，从此人类进入了 、电气化时代。回望历史，是科学的进步、机械的创新，形成了先进的生产力，改变了整个世界。
电力机械
机械化
1.(多选)(2024·苏州姑苏区月考)机械以各种
不同的形式展现在生活中，成为生活中不可
或缺的部分，如图是自行车结构图，关于其
机械的应用，正确的是(　　)
A.螺丝和螺帽：斜面类螺旋简单机械，费距离
B.脚踏板：属于等臂杠杆
C.刹车控制器：属于杠杆，能省力
D.车龙头：属于轮轴，控制自行车的方向并节省距离
AC
解析　螺丝和螺帽相当于斜面，螺纹增加了斜面的长度，省力必然费距离，故A正确；
脚踏板属于轮轴，相当于一个省力杠杆，省力费距离，故B错误；
刹车控制器动力臂大于阻力臂，是一个省力杠杆，省力费距离，故C正确；
车龙头属于轮轴，动力作用在轮上，故可以省力地控制自行车的方向，但是费距离，相当于一个省力杠杆，故D错误。
2.(2024·江苏期中)如图所示，螺丝刀实质是一个轮轴，手柄 　　(选填“粗”或“细”)一些的螺丝刀用起来更省力；螺丝钉是一种类似斜面的机械，螺丝钉上螺纹的展开长度相当于斜面的长度，螺纹 　　(选填“密”或“稀”)一些的螺丝钉拧起来更省力。
粗
密
解析　螺丝刀相当于轮轴，根据杠杆的平衡条件F1R＝F2r可知，手柄粗一些的螺丝刀用起来更省力；
螺丝钉上的一圈圈螺纹的长相当于斜面的长度，因此螺丝钉是被拧成圆柱形的类似斜面的机械；螺丝钉螺纹密、螺线长，相当于斜面较长，斜面高度一定时，斜面越长，使用起来越省力。
3.如图所示，自行车的脚踏和牙盘构成一个轮轴，而轮轴实质上利用了杠杆原理。经测量，脚踏到轴心的距离R＝25 cm，带动链条的牙盘半径r＝15 cm，若作用在脚踏上的力F＝15 N，则链条所受的拉力FT 为 N。
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