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第11章 机械与功
第5节 改变世界的机械
1.知道轮轴和斜面等简单机械的原理
2.了解机械使用的历史发展过程
3.了解各种机械在帮助人类改变世界方面所起到的巨大作用
盾构机是南水北调穿黄工程施工期间用到的大型机械。它们由许多简单机械构成。让我们从简单到复杂，领略机械改变世界的力量。
杠杆
滑轮
知识点一：简单的机械家族
轮轴
斜面
螺旋
从杠杆到轮轴
可以把杠杆改造成可连续转动的机械吗？如图表示了杠杆变形成轮轴的过程。与同学讨论后，试着说一说其中的道理。
由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成，大的称为轮，小的称为轴。
轮
轴
轮轴
轮轴原理
FR = Gr
动力作用在轮上，轮轴是一个省力杠杆，但费距离。
轮轴实质可看做是一个可以连续转动的杠杆。
井上的辘轳，从右边看过去，可画成下图：
动力臂大于阻力臂 —— 省力杠杆
F2
L1 = R
L2 = r
O
F1
汽车的方向盘，从上边看下去，也可画成下图:
动力臂大于阻力臂——省力杠杆
F2
L1 = R
L2 = r
O
F1
F2
L1 = R
L2 = r
O
F1
水龙头从上边看下去，也可画成下图:
动力臂大于阻力臂——省力杠杆。
船舵
门的把手
螺丝刀
单车的踏板
其他轮轴
注意：轮轴使用时，当轮半径是轴半径的n倍时，在不计摩擦情况下，作用在轮上的力的大小为作用在轴上的力的大小的 n 分之一。
在实际应用中，为了使用方便或节约材料，常用杆状物体来代替大轮。
轮轴主要功能：
一、是改变用力大小
二、是改变物体的运动速度
它将直线运动和圆周运动互相联系起来，实现了二者的相互转化，是机械传动的重要装置。
斜面：是与水平面成一定夹角的倾斜平面，是一个费了距离但能省力的简单机械。
通过斜面将一个大箱子推进车厢，通常要比徒手搬运更省力。
斜面
斜面省力原理
利用斜面这个机械所做的功是：FL
不利用机械直接把物体抬高h，所做的功：Gh
根据功的原理，如果不计物体与斜面之间的摩擦：FL = Gh
因 L＞h，所以 F＜G
即，利用斜面可省力，但要费距离。
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：
思考：斜面属于什么样的简单机械？有什么特点？
指出图中斜面的有用功、额外功和总功
有用功
总功
额外功：克服斜面与物体之间的摩擦所做的功
W额外 = fs
斜面与平面的倾角越小，斜面越长，越省力，但费距离，机械效率低。斜面与平面的倾角越大，斜面较短，越费力，但省距离，机械效率高。
螺旋——特殊的斜面
螺旋可以看作是绕在圆柱上的斜面。饮料瓶瓶盖、木螺钉、螺杆、螺母、螺旋式汽车千斤顶等都是应用螺旋的装置。为什么木螺钉较容易被旋进木板中？为什么用螺旋式千斤顶能轻松地把汽车抬起来？这就可以从“螺旋式特殊的斜面”去理解。
螺旋除了省力，还可以将旋转运动与沿轴向的运动进行相互转化。
各种形式的螺旋
盘山公路
螺旋式千斤顶
阿基米德螺旋机
杠杆、滑轮、轮轴、斜面、螺旋…….简单机械家族的成员可以进行变形和彼此合作，由此工程师们创造出了各种复杂机械，以满足我们生产生活中的需要。
各种形式的螺旋
往车上装货物时，常常用长木板搭个斜面，把重物沿斜面推上去，如图所示。工人用 5 m 长的斜面，把 120 kg 的重物提高 2 m，需要的推力是_____N。（不计摩擦阻力，g取 10 N/kg）
针对训练
480
物理学发展推动了蒸汽机、内燃机、和电力机械的发明与改进，吹响了两次工业革命的号角。使人类进入机械化、电气现代化时代。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。
知识点二：世界因机械而改变
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
机械的大型化和微型化、精密化
从陆地、海洋、天空直到太空
现代机械工业极大地扩大了人类的活动范围
大量自动化、智能化的机械进入我们的生活，改变着我们的生活，创造着越来越多的奇迹。
自动化、智能化机械进入到我们生活。
会打乒乓球的机器人
自动巡检设备的机器人
改变世界的机械
杠杆、滑轮
轮轴
斜面
螺旋——特点：可以将旋转运动与沿轴向的运动进行互相转化
定义：由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成，大的称为轮，小的称为轴
公式：FR=Gr
应用：辘轳、汽车方向盘等
定义：与水平面成一定不敢夹角的倾斜平面
公式：FL=Gh
特点：省力机械
1.轮轴是变形的杠杆，使用它时（ ）
A．不能改变力的方向，只能省一半的力
B．能改变力的方向，但不能省力
C．动力作用在轮上时，可以省力
D．动力作用在轴上时，可以省力
C
2.盘山公路往往环绕山坡，盘山而上，这样可以使上山的汽车（ ）
A．减小所需的功
B．提高功率
C．减小所需的牵引力
D．增大所需的牵引力
C
3.下列实例运用到斜面原理的是( )
A.螺丝钉 B.剪刀
C.旱冰鞋 D.方向盘
A
4.如图所示，将一个重为9.0 N的物体从斜面底端匀速拉到斜面顶端，沿斜面向上的拉力为3.6 N，物体在斜面上移动的距离s = 1.2m，物体升高的高度h = 0.3m，则( )
A.物体所受的摩擦力为3.6 N
B.克服物体重力做的功为4.32 J
C.拉力做的功为2.7 J
D.斜面的机械效率为62.5%
D

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