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第14课 拧螺丝的学问
1
导入新课
2
重难点讲解
3
温故知新
4
考点训练
1 导入新课
2 重难点讲解
导入——拧螺丝的小发现
如果用两把粗细截然不同的螺丝刀去拧同一颗螺丝，你觉得哪一把会更轻松省力？为什么粗柄和细柄会带来不一样的用力感受呢？
粗柄螺丝刀
手柄更粗，“轮”的直径更大，转动时产生的力矩更大，因此更省力，适合拧较紧的螺丝。
细柄螺丝刀
手柄较细，“轮”的直径较小，力矩也相对较小，需要施加更大的力才能转动，常用于精细作业。
2 重难点讲解
揭开“轮轴”的奥秘
螺丝刀其实是一种典型的轮轴简单机械！手柄是“轮”，刀杆是“轴”。轮的直径越大（柄越粗），转动时越省力。今天，就让我们一起探究《拧螺丝的学问》！
核心原理：
轮轴的实质是可以连续旋转的杠杆。轮半径是动力臂，轴半径是阻力臂，动力臂越长越省力。这就是为什么粗柄螺丝刀更省力的原因！
2 重难点讲解
2 重难点讲解
认识轮轴
像螺丝刀、汽车方向盘这样，轮和轴相对固定，当轮转动时轴也跟着一起转动的装置，我们就称之为轮轴。它是一种能省力的简单机械。
核心本质
轮轴可以看作是一个连续旋转的杠杆。它由一个较大的“轮”和一个较小的“轴”同轴固定而成，利用轮的半径大于轴的半径来实现省力效果。轮的直径 ÷ 轴的直径 = 省力倍数
01 轮（主动施力端）
通常是较大的圆盘或手柄，是我们施加动力的地方。它的半径越大，转动时越省力，就像方向盘一样，轻轻一转就能带动车辆改变方向。
02 轴（从动受力端）
较细的圆柱形部分，与轮紧密固定在一起。它跟随轮的转动而旋转，负责将动力传递到工作部件上，比如螺丝刀的杆带动螺丝旋转。
2 重难点讲解
找一找生活里的轮轴
门把手
转动外圈把手带动轴心旋转，利用轮轴原理省力开门，是生活中最常见的应用之一。
卷笔刀
转动侧面摇柄作为轮，带动内部刀片轴芯旋转，快速削尖铅笔，省力又高效。
水龙头
旋转外部的手柄（轮）来控制内部的轴芯，轻松调节水流的大小和开关，操作便捷。
2 重难点讲解
自行车车把
双手握住车把（轮）控制方向，车把的转动带动前轴旋转，实现灵活转向，是骑行的核心控制部件。
活动扳手
以扳手的长柄作为轮，套在螺栓的轴上，利用轮轴原理成倍省力地拧动螺栓，是维修常用工具。
思考时刻：仔细观察这些物品，它们的“轮”和“轴”分别是哪一部分？为什么这样的设计能帮我们省力呢？
2 重难点讲解
观察活动：标出轮和轴
01 核心任务
请仔细观察生活中的物品，完成两个挑战：
1. 定位： 找出物体上的“轮”（旋转的圆盘/把手）与“轴”（固定的中心杆）。
2. 描绘： 用笔描绘出轮转动时的圆形轨迹，感受其旋转规律。
02 典型示例：门把手
轮（主动旋转部分）：手握的圆形把手，是较大的旋转部件，作为施力点。
轴（从动支撑部分）：连接把手的中心细杆，随轮转动，带动门轴实现开合。
03 观察清单
水龙头旋钮：旋转手柄是轮，内部阀芯杆是轴。
自行车车把：手握横把是轮，中间连接杆是轴。
活动扳手：扳柄是轮，卡口端连接点是轴。
科学小贴士：轮轴是一种由轮和轴组成的简单机械，能绕共同轴线旋转。当动力作用在轮上时，由于轮的半径大于轴的半径，所以可以省力，这就是为什么我们能轻松操控这些工具的原因。
2 重难点讲解
想一想：使用轮轴有什么好处？
“为什么门把手、方向盘都要设计成轮轴结构？直接用手拧轴不是更方便吗？”带着这个生活中的疑问，让我们一起大胆提出猜想！
01 省力猜想：
轮轴是否能省力？转动轮时感觉比直接拧轴更轻松，这背后是否隐藏着省力的机械原理？
02 轮径影响：
轮的大小会影响效果吗？是不是轮越大，克服阻力所需的力就越小，操作起来越轻松？
03 反向思考：
若力作用在轴上而非轮上，会发生什么？此时轮轴是省力还是费力？这与日常使用场景有何不同？
科学探究的核心逻辑
科学的认知从不只停留在猜想，而是需要通过严谨的实验来验证。从提出问题到设计方案，再到收集数据并分析，每一步都不可或缺。
大胆猜想
基于生活经验，提出合理的假设与疑问，是开启探究的第一步。
小心求证
通过实验收集客观数据，对比分析结果，验证猜想是否成立。
2 重难点讲解
探究1 拧螺丝用力对比实验
01 实验目的
模拟日常拧螺丝场景，对比使用细杆（轴）与粗手柄（轮）时的用力程度，直观验证轮轴的省力特性。
02 关键现象
使用粗手柄（轮）操作时，手腕施加的力显著减小，转动更顺畅，相比细杆直接拧动，体验到明显的省力效果 。
03 实验结论
轮轴是一种变形杠杆，动力作用在轮上时，轮的半径越大，动力臂越长，省力效果越明显。
生活中的轮轴应用随处可见：水龙头开关、汽车方向盘、门把手等，都是利用“轮大轴小”的原理来实现省力操作的。
2 重难点讲解
探究2 轮轴省力奥秘实验
01 实验目的
通过对比实验，探究轮轴在不同受力点（轮/轴）下的省力情况，验证轮轴的实质是可连续转动的杠杆，并理解“轮半径越大越省力”的原理。
02 实验器材
核心装置：轮轴演示器、钩码（不同规格）、弹簧测力计
辅助工具：铁架台（固定装置）、细线、实验记录单、笔
步骤一：轴端负重，轮端施力
将钩码挂在轮轴的轴上，用弹簧测力计钩住轮的边缘。匀速竖直向上拉动测力计，使钩码缓缓上升，记录此时测力计的示数（拉力F ），重复3次取平均值。
步骤二：轮端负重，轴端施力
将钩码移至轮轴的轮上，用弹簧测力计钩住轴的边缘。同样匀速竖直向上拉动测力计，记录此时的拉力示数（拉力F ），对比F 与F 的大小差异。
2 重难点讲解
实验发现和结论
01 轴挂钩码 · 轮上用力
测得拉力约为 _____2_____ 牛 (N)，拉力数值明显小于钩码总重力，体验到明显的省力效果。
02 轮挂钩码 · 轴上用力
测得拉力约为 _____4_____ 牛 (N)，拉力数值大于钩码总重力，感受到明显的阻力，属于费力情况。
结论一：力作用在轮上 → 省力
原理：动力臂（轮半径）大于阻力臂（轴半径），构成省力杠杆。特点是省力但费距离，即要拉动更长的绳子才能提升物体，轮半径越大，省力效果越显著。
结论二：力作用在轴上 → 费力
原理：动力臂（轴半径）小于阻力臂（轮半径），构成费力杠杆。虽然费力，但可以省距离，即手移动很小的距离，物体就能移动很大的距离，常用于需要快速转动的场景。
核心总结：轮轴是一种变形的杠杆，省力与否取决于动力作用点。轮半径与轴半径的比值越大，省力效果越明显。
2 重难点讲解
内六角扳手
01 实验任务：对比受力感受
分别握住内六角扳手的长柄端和短柄端，尝试拧动同一颗螺丝。仔细体会两种操作方式下，手部需要施加的力量大小有何不同？
生活中的应用：门把手、方向盘、辘轳等都是轮轴的应用。增大轮的半径（如方向盘做的更大），能让我们用更小的力气完成转动，这就是轮轴带来的省力优势。
02 实验结论：轮轴省力原理
实验现象显示：握住扳手长端（轮半径大）时更省力。这验证了轮轴原理：在轮轴中，轮的半径越大，动力臂越长，转动时所需的动力就越小。
2 重难点讲解
讨论：动力在轮上？还是轴上？
请观察下列生活中的常见物品，结合其结构特点与使用方式，判断动力究竟是施加在“轮”的边缘，还是“轴”的中心位置？
竹蜻蜓：动力作用在「轮」上
搓动大圆叶片产生升力，利用空气动力学原理实现飞行。动力施加于轮状叶片部分，借助旋转获得向上的推力，是典型的轮轴应用实例。
陀螺：动力作用在「轴」上
通过拧动中间细轴提供初始旋转动力，依靠陀螺效应保持平衡与稳定。动力直接施加于中心轴体，带动整个陀螺高速旋转，展现了轴驱动的力学特性。
2 重难点讲解
石磨：动力作用在「轮」上
推动磨杆带动磨盘旋转，磨盘作为轮状结构，动力施加于轮的边缘。利用轮轴原理，以较小的力实现高效的谷物研磨，是古代劳动人民对机械原理的巧妙应用。
轮胎扳手：动力作用在「轮」上
扳手柄作为轮的延伸，通过加长力臂（轮）来增大扭矩。动力作用于轮的末端，从而省力地拧动紧固的轮胎螺母，是现代机械维修中典型的省力杠杆应用。
2 重难点讲解
风车：动力作用在「轮」上
风推动叶片（轮体）旋转，通过轮带动中心轴转动。这是典型的“轮受力”模式，利用轮的大半径实现能量的高效收集与传递。
旋转木马：动力作用在「轴」上
电机驱动中心轴旋转，轴带动外圈的木马随之转动。动力直接施加在轴上，使整个轮盘获得稳定、均匀的转速，保证运行的同步性。
从自然风力驱动的风车，到人工动力驱动的旋转木马，轮与轴的配合构成了机械传动的基础，展现了简单机械的智慧。
2 重难点讲解
动力作用在轴上的好处
核心原理：以力换速的机械智慧
当动力作用在轴上时，虽然需要施加更大的力（费力），但轴的微小转动能带动轮产生显著的转速提升，实现“费力但提速”的效果，这是轮轴原理中利用力的损耗换取速度增益的典型应用。
实例：指尖陀螺
原理：动力臂（轮半径）大于阻力臂（轴半径），构成省力杠杆。特点是省力但费距离，即要拉动更长的绳子才能提升物体，轮半径越大，省力效果越显著。
关键结论：动力作用在轴上，是用“力的付出”换取“速度的提升”，实现微小转动带动高速旋转的机械效果。
2 重难点讲解
古代的轮轴
明代科学家宋应星在《天工开物》中详细记载了轮轴原理的应用。轮轴作为我国古代伟大的机械发明，通过“轮”与“轴”的结合将圆周运动转化为省力动力，极大提升了农业与手工业的生产效率，是中国古代劳动人民智慧的生动体现。
辘轳 · 深井提水
利用轮轴原理制成的起重装置，通过摇转轮盘带动绳索升降水桶。它解决了深井取水的难题，是古代水利灌溉和生活用水的基础工具，体现了省力机械的早期应用。
2 重难点讲解
飏扇 · 扬谷清选
亦称“风扇车”，通过手摇轮轴驱动扇叶旋转产生风力。它能高效分离谷物与秕糠、杂质，是古代农业收获后粮食加工的关键设备，大幅提升了粮食清理的效率。
翻车 · 引水灌溉
即龙骨水车，利用轮轴传动带动刮板链循环提水。它能将低处的水引向高处农田，实现了持续高效的灌溉，是古代农业生产中抗旱排涝的重要利器。
历史意义：轮轴的发明与应用，是中国古代科技史上的重要里程碑，深刻推动了农业文明的发展。
2 重难点讲解
自行车上的轮轴
观察任务： 请仔细观察自行车的脚踏板、中轴、链盘、后轮等关键部位，留意它们的连接方式与转动关系。
01 寻找轮轴
在自行车的各个部件中，哪些结构符合“轮轴”的特征？尝试用手转动脚踏，观察各部分的联动关系。
02 动力分析
当你踩动脚踏板时，动力首先作用在“轮”上还是“轴”上？动力是如何一步步传递到后轮并驱动车子前进的？
03 设计价值
结合轮轴原理，思考这种设计为什么能让骑行更省力？如果改变轮和轴的直径大小，会带来怎样的变化？
请同学们想一想。
核心提示：脚踏板与牙盘构成了典型的轮轴系统。动力作用在脚踏（轮）上时，利用轮轴“省力费距离”的特性，能以较小的力量带动车轮转动，这正是自行车骑行省力的关键原理！
3 考点训练
选择题。
1.轮轴是变形的杠杆，轮轴的支点在（ ）。
A.轮的边缘
B.轴的边缘
C.轮和轴转动的轴心
2.如图所示，用这三把螺丝刀拧螺丝，最省力的是（ ）。
A.甲
B.乙
C.丙
A
C
3 考点训练
填图题。
在图中标出轮轴中轮和轴的部位。
略
4 拓展延伸
任务：寻找生活中的“轮轴”
观察身边的日常物品，列举出运用了“轮轴”原理的实例。思考：这些它是如何通过轮轴结构实现省力效果的？尝试用今天学到的杠杆原理来解释它。
自行车脚踏板
结构：脚踏板所在的大牙盘是轮，中间穿过的中轴是轴。
原理解释：轮轴相当于变形杠杆，支点在中轴中心。脚踩脚踏发力，动力臂等于牙盘（轮）半径；链条的阻力作用在轴上，阻力臂是轴半径。动力臂大于阻力臂，用不大的力就能带动链条转动，驱动自行车前进。
感谢观看

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