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第十一章 机械与功
第5节 改变世界的机械
1.知道其他简单机械，如轮轴和斜面的工作原理和使用方法。
2.了解机械使用的历史发展过程。
3.通过了解简单机械的应用，初步认识科学技术对人类社会发展的作用。
1.杠杆的五要素：支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂
2.定滑轮的本质相当于等臂杠杆
动滑轮的本质相当于省力杠杆
3.你还知道哪些机械？
谁有办法将螺丝拧动？
如果使用工具？你打算用什么工具？
谁来试一试？
用手拧不动，用扳手将螺丝拧动了，这说明扳手起到了省力的作用，你想知道使用的原理吗？
你见过这些机械吗？
阅读教材P90页图11-5-3“杠杆变形和轮轴”
这些机械都是轮轴
　　轮轴由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成的，大的称为轮，小的称为轴。
讨论交流 从杠杆到轮轴
由杠杆平衡条件可知F１Ｒ＝F２ｒ，Ｒ＞ｒ，F１＜F２，所以轮轴省力。
轮
轴
F2
L1 = R
L2 = r
O
F1
轮轴不一定省力，动力作用在轮上，轮轴是一个省力杠杆，但费距离 。
动力作用在轴上，轮轴是一个费力杠杆，但省距离。
轮轴的主要功能：一是改变用力大小，二是改变物体的运动速度
轮轴：由一个轴和一个大轮组成能绕共同的轴线转动的简单机械，实质是一个可以连续转动的杠杆
轮轴不能省功，它实现直线运动和圆周运动的相互转化，是机械传动的重要装置.
下列说法错误的是（ ）
A.使用轮轴可以改变物体的运动速度。
B.使用轮轴可以省功。
C.动力作用在轮轴的轮上，轮的半径就是动力臂。
D.使用轮轴不一定省力。
B
徒手搬运 利用斜面搬运
斜面是一个与水平面成一定夹角的倾斜平面。
斜面为什么能省力？如图所示，物体所受重力为G，斜面长为L，高为h，F为沿斜面推（或拉）物体的力
不计斜面摩擦时，Gh=FL F=Gh/L
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。斜面是一种省力机械。
h
L
G
F
生活中的斜面
生活中的斜面
下图是使用机械匀速提升同一物体的四种方式（不计机械重和摩擦）其中所需动力最小的是（ ）
D
讨论交流 螺旋——特殊的斜面
螺旋除了省力，还可以将螺旋运动与沿轴向的运动进行相互转化。
各种形式的螺旋
机械的大型化和微型化、精密化
改变世界的机械
从陆地到海洋、天空直到太空
人类进入机械化、电气现代化时代。回望200多年的现代史，科学技术的进步，机械的创新，形成先进的生产力，改变了整个世界。
信息时代，人们将智慧赋予机械。自动化、智能化机械进入到我们生活
改变世界的机械
轮轴
斜面
定义：由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线
上组成的简单机械（大的为轮，小的为轴）
特点：动力在轮上省力，动力在轴上费力
定义：与水平面成一定夹角的倾斜平面
特点：高度相同时，斜面越长越省力
螺旋
定义：绕在圆柱上的斜面
特点：将旋转运动与沿轴向的运动互相转化
知识点1 轮轴
基础通关
1.如图所示的各种装置不属于轮轴的是(　　)
D
3
2
1
4
5
6
A.方向盘
C.螺丝刀
B.门把手
D.钢丝钳
2.如图所示,实验中学某科技小组在科技小发明活动中对螺丝刀进行改进,改进后的螺丝刀在使用中(　　)
A.可以更省力
B.可以更省距离
C.可以省功
D.以上所有好处都能达到
3
2
1
4
5
6
A
3.在山区常见到如图所示的盘山公路。修建盘山公路是利用我们学过的一种简单机械 的原理,这样做的主要目的是使汽车在上坡时能够 。
斜面
知识点2 斜面
3
2
1
4
5
6
省力
4.为了劈开较大的木头,有经验的工人会先在木头的一侧找到一个裂缝,将一个钢劈的窄刃插入裂缝,如图所示,再用力向里击打钢劈,就可以轻松地将木头劈开,钢劈的实质是一个 (填一种简单机械的名称),使用它的作用是 。
斜面
3
2
1
4
5
6
省力
5.【2023·四川内江】如图所示,将重力为10 N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端。若斜面长L为1 m,斜面高h为0.3 m,拉力F为 4 N,拉力的功率为2 W,则此过程中,斜面的机械效率是 %,物体从斜面底端运动到斜面顶端所用的时间是 s。
75
2
3
2
1
4
5
6
知识点3 螺纹——特殊的斜面
6.螺丝钉上的螺纹就像图甲中把三角形的纸片绕在圆柱上形成的纹路,可看作简单机械中的 。仔细观察如图乙、丙所示的两个螺丝钉,你认为使用 螺丝钉更省力。
3
2
1
4
5
6
斜面
乙
7.(多选)工人用如图所示的装置把重为1 000 N 的物体,从斜面底部匀速拉到2 m高的平台上(斜面与水平地面的夹角为30°),用时20 s。工人对绳子的拉力为400 N,动滑轮重为20 N,不考虑绳重和滑轮转轴处的摩擦,下列计算结果正确的是(　　)
A.绳子对物体的拉力为780 N
B.绳子对物体做的功为4 000 J
C.工人做功的功率为100 W
D.整个装置的机械效率为62.5%
AD
能力突破
10
9
8
7
8.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,若脚踏所用的力是F=15 N,则链条所受的拉力为 N。
25
10
9
8
7
9.在生产生活中,人们常用的简单机械除了杠杆、滑轮,还有轮轴和斜面。如图所示,螺丝刀就是一个轮轴的实例,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
10
9
8
7
密
10.小亮看到工人利用斜面把货物推到小车上,联想到物理课上学到的知识,提出了以下两个问题:
①斜面越缓越省力,是不是机械效率越高呢 ②对于同一个滑轮组,提升的物体越重,机械效率越高;对于同一个斜面,是不是所推的物体越重,机械效率越高呢
为了解决以上问题,小亮与几个同学一起用如图所示的装置进行了多次实验探究,记录的部分实验数据如下表:
10
9
8
7
实验序号 1 2 3
斜面倾角 45° 30° 30°
物重G/N 1 1 2
斜面高度h/m 0.7 0.5 0.5
沿斜面的拉F/N 0.9 0.7 1.4
斜面长s/m 1 1 1
有用功W有用/J 0.5 1
总功W总/J 0.9 0.7 1.4
机械效率/% 77.8 71.4
(1)表格中缺少两个数据,请补充完整。(计算结果保留一位小数)
0.7
71.4
10
9
8
7
(2)在实验操作过程中,应沿斜面向上 拉动木块。实验时要使木板的倾斜角变大,应该把木板下面的木块向 (选填“左”或“右”)移动。
(3)通过对比实验①②的数据,得出的结论是斜面越缓越省力,机械效率越 。
(4)通过对比实验 (填实验序号)的数据,得出的结论是对于同一斜面,机械效率与所拉物体的重力 (选填“有关”或“无关”)。
匀速
10
9
8
7
左
低
2、3
无关
11.为了发展文化旅游事业,荆州市正在兴建华强方特文化主题园,建成后将通过最新的VR 技术展示包括楚文化和三国文化在内的五千年华夏文明。园区建设中需把重1 200 N 的木箱A搬到高h=2 m,长L=10 m 的斜面顶端。如图所示,工人站在斜面顶端,沿斜面向上用时50 s将木箱A匀速直线从斜面底端拉到斜面顶端,已知拉力F的功率为80 W。求:
(1)拉力F的大小。
解：由P=得,拉力所做的功W=Pt=80 W×50 s= 4×103 J,由W=FL得,拉力F===400 N。
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素养达标
(2)该斜面的机械效率。
(3)木箱A在斜面上匀速直线运动时受到的摩擦力是多大。
解：克服物重做的有用功W有用=Gh=1 200 N×2 m=2.4×103 J,则斜面的机械效率η=×100%=×100%=60%。
解：木箱A在斜面上匀速直线运动时克服摩擦做的功W额外=W总-W有用=4×103 J-2.4 ×103 J=1.6×103 J,由W=fL得,木箱A 在斜面上匀速直线运动时受到的摩擦力f===160 N。
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作业：完成教材相关练习题。
谢 谢，同学们再见！

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