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简单机械_图文_百度文库

发布人: 菠菜导航网站 来源: 菠菜导航登录 发布时间: 2020-07-28 14:38

  简单机械_理化生_高中教育_教育专区。简单机械 初三物理 主讲教师:胡展翅 如何增大你的力 1.和两个同学合作,用绳子把两根竹竿缠绕在一起。(如 图所示) 2.在整个实验过程中,你的两个伙伴应 尽量握住竹棍并往相反方向大小相同的

  简单机械 初三物理 主讲教师:胡展翅 如何增大你的力 1.和两个同学合作,用绳子把两根竹竿缠绕在一起。(如 图所示) 2.在整个实验过程中,你的两个伙伴应 尽量握住竹棍并往相反方向大小相同的力。 为安全起见,他们应握紧竹棍,但不要尽全力。 3.试着拉动竹竿,看能不能把他们两人拉到一起。你做 得到吗? 4.你能通过拉动绳子,而把他们拉到一起吗? 思考预测 如果在竹棍上用绳子多绕几圈,你认为效果怎样? 请看本节插图中的物体。哪几种可以称作机械? 当你 发现这里每一种物体都是简单机械时,你是否会很惊奇? 通过上一节的学习,你们已经知道,机械通过改变所 的力的大小和方向来帮助你工作。 有六种基本的简单机械:斜面、楔、螺丝、杠杆、 轮 轴和滑轮。在这一节中,你将了解这些不同类型的简单机 械是如何帮助人们工作的。 无论你是用筷子吃东西,用搅拌器搅拌食物,把螺丝旋紧, 还是用鱼竿拉起上钩的“”,你都在运用简单机械。 斜 面 假如要你将某样东西从低处搬到高处,你会怎么做? 这时,或许你会想,如果有一个斜坡可以利用,工作将 会简单许多。因为,用了斜坡,将装了杂物的手推车推上 卡车就不是很困难的了。斜坡,又称斜面,是简单机械的 一种。斜面(inclined plane)是与水平面成一角度的平面。 斜面增加了你的输入力的作用距离。这样,所需输入 力就小于输出力。作用在斜面上的输入力是你用来推或拉动 某一物体的那个力,而输出力则是你在不用斜面的情况下 将物体举高时所用的那个力。 虽然不论你是否运用斜面把装载了货物的手推 车提升至卡车高度,你所做的功总是相同的, 但用斜面会让你省力许多。 斜面效益 用斜面长度除以它的高度,你可以得出理想 斜面的机械效益: 斜面效益? 斜坡长度 斜坡高度 斜面的效率 尽管斜面自身没有运动,但和其他机械一样, 它也会因摩擦而损失一部分功。这时的摩擦发生在物体与斜 面之间。比如,你要将一只箱子推上斜面,箱子底部和斜面 之间就发生了摩擦,你可以通过减小这种摩擦来提高斜面的 效率。例如,你可以将箱子放在有轮子的小车上,再将小车 推上斜面,而不是直接把箱子放在斜面上。这样,摩擦力 就会减小。 假设你正往一辆1米高的卡车上装载货物,你设置了一 个3.0米长的斜坡,如图所示。那么,通过这一斜面产生的输 出力,是你所的输入力的3倍。 如果保持斜面的高度不变,增加斜面的长度,你能得出 什么结论?; 若斜面高度保持不变,而把它的长度增加1倍, 你也就将输入力放大了1倍。 楔 如果你用水果刀把苹果切成片,或见过别人用斧头砍 木头,你就会对另一种简单机械——楔感到很熟悉。 楔(wedge)是一种一端粗厚,另一端渐渐变细变薄, 直至成刀刃一样锋利的一种工具。为帮助你更好地理解,也 可以把楔想像成一个可移动的斜面(或两个背对背的斜面)。 和斜面一样,楔越长、越薄,做等量的功所需的力就越小。 使用楔时,楔不是作为斜面上运动的那个物体,相反, 它作为斜面自身在运动。例如,某人用一把斧头劈木头时, 他把输入力作用于斧头柄上,斧头柄一个力于斧头背 上,斧刃同时产生一个输出力,正是这个力将斧头推入木 头中,这个输出力穿过木块,把它劈成两半。 用手掰开一块圆木是不可能的, 但楔能将一个力放大许多倍。 利用楔,只需要一个很小的力 就能将木头劈开。 拉链是另外一种借助于楔这一简单机械的工具。你是 否试过用手将拉链的两边扣到一起?原本仅仅依靠手劲把拉 链两边的拉齿扣到一起几乎是不可能的。但当你拉拉链时, 拉链上那一个个小的楔把你的输入力放大了,强大的输出力 很轻松地就将拉链的两边合上或分开。 对衣服上的拉链,你可能从来没有 好好考虑过,但拉链正是利用了楔 将它的两边合在了一起。 螺 丝 和楔一样,螺丝也是一种和斜面有关的简单机械。 螺丝(screw)可以看作是一个绕在圆柱体上的斜面,这个螺 旋状的斜面形成了螺纹。 这些螺丝通过增加力的距离而使你所 施的 力放大。螺丝上的螺纹越密,螺丝所通过 的距离就越长,你所需的力气也就越小 推理 螺纹的疏密是如何影响所 施力的大小的? 当你用螺丝刀将一枚螺丝旋进木头时,你对螺丝施了 力,随着螺纹的转动,它们将输出力作用于木头上。若螺 纹很密,你要多转几圈,才能把螺丝旋进物体,换句话说, 你得多花些时间。和所有的机械一样,距离增加,输出力 也随之增加,因此,螺纹越密,所用力越小。 除了普通的螺丝外,还有许多装置也都利用这一 原理,如螺杆、水龙头和瓶子的盖子等。让我们来看 一下瓶子的盖子,你转动盖子时,了一个相对较 小的力,但是这一较小的力因为盖子的纹(刚好和 瓶口纹吻合)而大大增强,结果是,盖子紧紧地合 在了瓶口上。 想一想 楔与螺丝有什么联系? 杠 杆 你坐过跷跷板或用开罐器打开过油漆罐吗?如果有过 这方面的经验,那么你对一种叫做杠杆的工具已经很熟悉 了。杠杆(1ever)是一种能绕着某一固定点自 由转动的硬棒。 这个固定点称为支点(fulcrum)。 考尔德的这件名为 “龙虾 网与鱼尾巴”的作品现在收 藏于纽约现代艺术博物馆。 为了了解杠杆的工作原理,我们来看看开罐器。开 罐器其实就是一根杠杆,开罐器在罐子边缘的那个支撑点 就是杠杆的支点。要打开一瓶罐头,你先得把开罐器的顶 端戳进盖子的下面,然后在开罐器的柄上一个向下的 力,这时开罐器的顶端在支点的支撑下往上翘起,在罐头 的盖子上产生一个向上的输出力,于是盖子就被打开了。 杠杆有两个作用。一是把你输入的力放大,二是改 变作用力的方向。你用力往下压,盖子则向上翘起。 杠杆的类型 开罐器的支点位于动力与阻力作用点之间, 但并非所有的杠杆都是这样的。根据支点相对于动力与 阻力作用点的关系,杠杆可以分为三类,具体的例 子请参照探索“杠杆的三种类型”这一节。 杠杆力的关系 尽管在开罐头时,你的手移动的距离比 起盖子移动的距离要大,但是比起不用开罐器来,你省 力多了。 通过比较动力臂与阻力臂的长短,就可以得出杠杆 动力与阻力的关系。 在开罐器这一例子中,支点与动力作用线之间的距 离(动力臂)大于支点到阻力作用线之间的距离(阻力臂), 这就意味着它是省力的。一个普通开罐器的阻力与动力的 比值是 16厘米 ? 20 0.8厘米 。 想一想 杠杆上的哪一点是不动的? 探索杠杆的三种类型 根据支点相对于动力与阻力作用点的关系,杠杆 可以分为三类。请注意下列每个例子中支点的。 第一类 支点在动力与阻力作用点之 间,支点与动力作用线之间 的距离(动力臂)大于支点与阻力作用线之间的距离(阻力臂), 这类杠杆是省力杠杆。反之,则是费力杠杆,能增加阻力的 作用距离。这类杠杆还包括:剪刀、老虎钳和跷跷板。 ? 注意:这类杠杆同时还改变作用力的方向。 支点在杠杆一端, 这类杠杆是费力 杠杆,能增加阻 力的作用距离, 但不改变输入力 的方向。这类杠 杆还包括: 支点在杠杆一端,这类杠杆是 省 力杠杆,但是它们不改变作用 钓鱼杆、铁锹和垒球棒。 力的方向。这类杠杆还包括:门、 核桃夹以及开瓶器。 轮轴 不借助任何工具,仅用两只手,你能把螺丝钉钉进 木头里去吗?你会发现这实在很难,但如果有一把螺丝刀, 就很轻松了。 螺丝刀利用的是一种叫做轮轴(wheel and axle)的简单 机械。轮轴是两个圆形或椭圆形的物体连结在一起,并围 绕同一轴心转动的一种简单机械。其中大的那个圆叫做轮, 小的圆叫做轴。拿螺丝刀来说,柄就是轮,刀杆就是轴。 你每次转动门把手时,事实上就是在运用轮轴。球形 的握把是轮,锁心就是轴。磨房里的水车、汽车的方向盘 打蛋器的柄都是轮轴的实例。 轮轴的优点 轮轴是怎样使工作变得简单的?在比轴大的轮 上一个力后,轴开始转动并输出一个力来转动螺丝之 类的东西。轮轴放大了你的力,只是你所的力的作用 距离要长一些。对螺丝刀来说,你得多转几圈。 工程史上的奇迹 许多简单机械曾被应用于世界上最漂亮、最实用的 工程建设中。 公元前2550年 古埃及吉萨建筑现场 古埃及人用木楔成功切割了用 来建造的230万块石头。 在采石场,古埃及人把木楔打进石缝,将巨大的岩石 撑裂,然后把大石块沿着斜面推上的顶部。 公元前500年 古希腊埃皮道鲁斯大剧院 古希腊人已不再使用斜面,而是依靠 一种由滑轮拉动的起重装置吊起巨大 的石块,建成了大剧院。在演出的时候,他们甚至使用这种 起重装置把演员从空中放到舞台上。 公元1056年 中国应县木塔支撑这座塔塔顶的桁条就属于 第一类杠杆。塔尖的重心压住桁条的一端, 桁条的另一端则塔顶的外檐。 公元1000年 印度布里哈德沙拉瓦神庙 当时神庙已经高达60米,建筑工人要把一块质量达70 000千 克的石块穹顶沿着几千米长的斜面拉上神庙的顶部。 1994年 英、法之间的英吉利海峡海底隧道 英吉利海峡的海底隧道工程 使用了特殊的钻探设备。隧 道全长50千米,于1994年正 式开通,目前只允许火车通行。 轮半径与轴半径之比等于轮轴的阻力与动力之比 (轮与轴的半径是指各自外缘到共同轴心的距离)。 阻力 轮半径 —— = ——— 动力 轴半径 阻力 1.5厘米 螺丝刀:—— = ——— = 5。 动力 0.3厘米 其他轮轴 如果动力作用在轴上而不是轮上,那会发生什么 现象呢? 如下图中的游船,引擎的力是在较大的转轮的 轴上的,在轴的带动下转轮往后推水,这样一来,动力的作 用距离较阻力的作用距离小。所以,当动力作用于轴上时, 轮轴所起的作用是增大力的作用距离。 图A所示的螺丝刀,是动轴。然而,图B所示, 游船 的明轮却是轴转动轮。 滑 轮 升降旗、打开或拉上窗帘时,你都要用到一种叫做滑 轮的简单机械。滑轮(pulley)是指绕着一根绳子(或者链子 甚至钢缆)的有凹槽的轮子。使用滑轮时,你得拽绳子。 滑轮能够改变作用力的大小和方向。 定滑轮 固定在某一结构上的滑轮称为定滑轮。如下图A 所示的定滑轮,不改变作用力的大小,只改变作用力的方 向。就像你在前一节中学到的那样,定滑轮不能省力,它 可以用来升起船帆。 A.定滑轮改变了作用力的方向. B.动滑轮省一半力. C和D.你可以把定滑轮和动滑轮组合起来使用, 既省力,又能改变力的方向。 动滑轮 如果你把一个滑轮连在你想移动的物体上,那 么你就是在使用动滑轮。就像你在上图B中看到的那样, 那个将要移动的物体现在由绕在滑轮上的左右两段绳 子牵拉着,因此动滑轮省一半力。当然,动力的作用 距离也变长了。要想用动滑轮把这个物体抬高1米,你 就得拉绳子2米。 注意,使用动滑轮时,作用力的方向不变。动滑轮特 别适合从高处吊装东西,大型建筑起重机上总有一个动滑 轮,并在滑轮上系一个钩子,用来吊装建筑材料。 滑轮组 如果你把定滑轮和动滑轮连在一起,可以组成滑轮 系统,也叫做滑轮组。上图C所示的滑轮组能省一半力, D所示的滑轮组动力是阻力的1/3。重物由几段绳子支撑, 动力就是阻力的几分之一。 复杂机械 还有许多机械不属于你刚刚学过的那六种简单机械, 这些机械称复杂机械,它们是由若干简单机械组合而成 的。两个或两个以上的简单机械组合而成的机械称为复 杂机械(com-pound machine)。 削铅笔机是复杂机械的一个代表。当你转柄时, 你使用的是轮轴装置。削铅笔机里面的切割轮不停地削, 直到把铅笔削尖为止。 在削铅笔机的里面,轴先带动 齿轮(gear),然后由齿动两个切割 轮。齿轮系统是指由带齿的轮子相互 啮合在一起而形成的一种装置。只要 其中的一个齿轮动了起来,其他的齿 轮也会跟着转起来。齿轮把轮轴装置 连接起来就成了一个复杂机械。有时, 连接是直接的,就像图所示。但在有 削铅笔机和闹钟都是使 些装置,如自行车中,它们之间是 用齿轮的复杂机械。 通过链条连接起来的。 跷跷板科学 本试验通过研究跷跷板的特性,训练有关变量控制的技能。 问题:距离和物体重力之间应保持怎样的关系,才能使跷跷 板保持平衡? 材料 ? 米尺 胶带 28个l元硬币 一个质量约50克的物体 ? 长10厘米左右,直径约为3厘米的榫钉或其他圆柱形物体, 作支点用 步骤 1.先用榫钉和米尺搭建一个跷跷板。若用圆柱形物作支点, 把圆柱形物牢牢粘贴于桌面上,以免它滚动。 2.在米尺上选择55厘米、60厘米、70 厘米或75厘米各刻度 点,分别作为你要放到榫钉上的支点,并记下你的选 择。把米尺放到你选择的支点上,并让100厘米这一刻度 出现在你的右侧。 3.在米尺稍短的一端滑动质量50克的物体,直至米尺两端 都悬空,呈平衡态。(该过程称为米尺的归零校正) 4.把数据表格抄写到你的笔记本上。 5.把一堆8个硬币准确地放到80厘米这一刻度上。以厘米为 单位,确定从支点到硬币的距离。把有关跷跷板右侧的数 据记录到数据表中。 6. 预测:应在哪个堆放5个硬币,才能使米尺平衡? 检 测你的预测,并在表格跷跷板左侧的“硬币”这一栏 中记下实际。 7.以厘米为单位,确定从支点到左边一堆硬币的距离。在 表格跷跷板左侧的“与支点距离”一栏中记下该 距离。 8.若使用一个想像中的重力单位—— 硬币重(pw),那么1硬 币即重1pw。用硬币的数目乘以它们与支点的距离,并 把结果记录在表格最后一栏中。 9. 预测:如果你用7个、12个、16个和20个硬币来取代先前 的5个硬币,那么步骤6中,硬币的将如何改变,用 实验检验你的预测。 分析与结论 1.实验中,什么是控制变量?什么是应变量?如何区分两者? 2. 若增加右边硬币的数目,那么你该如何改变硬币离开 支点的距离,以保持米尺平衡? 3.为保持跷跷板平衡,对距离与重力两者之间的关系,你 可以得出什么结论? 4. 为什么用50克的物体对米尺进行归零校正?这一步骤很重 要吗? 5.与其他几组比较一下实验的结果,看看不同的支点 对实验结果有什么影响。 6.思考 说出实验中另外两个控制变量的名称。 实验设计 假设你有一个可移支点的跷跷板,你想和一个体重只 有你一半的朋友一起玩,你们两人都希望坐在跷跷板的末 端,那么你该把支点放在哪个?要想知道你的设想是 否正确,你该对上述用硬币做的实验作怎样的调整? 数据表 本组支点:______厘米 测试 跷跷板左、 硬币数 右侧 目/pw 序号 1 右 硬币位 与支点距 硬币数 置/厘米 离/厘米 目?距离 左 2 右 左 3 右 人体内的机械 你是一台会吃东西的机器吗? 1.用门牙咬一口饼干,在咬下去的时候. 体会一下牙齿是怎样咬断饼干的。再 想一 想门牙的形状。 2.接着咀嚼一下口中的 饼干。注意你下颚的运动方式 如图 所示,用一只手轻轻地抵住耳朵下面部分的下颚,感受 一下你的下颚是如何运动的。如果你对相关的构造还是 弄不清楚。那就一边用手抵住颚的后部。然后再张大嘴巴。 思考观察 在咬饼干和咀嚼饼干时.牙齿和下颚就相当于 哪两种简单机械? 人体内的杠杆 你身体中的大多数机械都是由肌肉和骨骼组成的。你 每做一个做一个动作,都要用到肌肉。你的骨骼和肌肉是 由人体内强劲的连接组织——韧带(tendon)连接在一起的。 韧带和肌肉牵动骨骼,使它像杠杆一样工作。韧带与骨骼 相连的地方——关节就相当于杠杆的支点,肌肉则产生动 力,输出的力可以使你抬起手来或挥动铁锤。 肌肉本身不能推动什么东西,它只能拉。当肌肉收缩 变短的时候,就会拉动和它连在一起的骨骼。那么,你的 手为什么能够像下图中的男孩那样弯起来呢? 答案是,大 多数的肌肉都成对运动。例如,当你的肱二头肌 (位于后 臂的正面) 收缩时,它就给前臂骨了一个力,于是前 臂就以肘关节为支点向上弯曲。当肱三头肌 (位于后臂的 背面) 收缩,前臂就伸展开了。 你只要看看自己的身体就可以找到人体内的简 单机械了。你的许多活动基本上是由三种类型 的杠杆控制的。 颈关节是第一类杠杆的支点。你脖子后面的肌 肉提供输入力,输出力则帮助你把脑袋往后仰。 你的手臂属于第三类杠杆,你手上的肱二头肌提 供输入力,而输出力则帮你抬起手臂。 你的大脚趾关节是第二类杠杆的支点。小腿后 大肌提供输入力,输出力则帮你抬起身体。 再看一次“探索人体内的杠杆”,你会发现在你的脖 子里有一根杠杆,而腿脚之间则有另一根杠杆。就像铁锹、 手推车和钓鱼杆一样,人体内的杠杆类型也取决于支点、 输出力和输入力之间的关系。 工作中的楔子 : 你是否曾仔细观察过自己牙齿的形状? 你的有些牙齿 形状像楔子,有些是尖的,其余的则相对平一些,这是因 为它们的作用各不相同。 在咬苹果时,你用前面的门牙。这些牙齿比较尖,便 于你咬断食物。那么,这些牙齿像哪类简单机械呢? 你的 门牙成楔形,咬食物时,楔状的门牙很容易切入食物,就 像是一把劈柴的斧头。后面的牙齿,也叫做臼齿,相对 平坦些。这些牙齿主要把你吃进的食物研磨得更小 一些,以便于吞咽和消化。 咀嚼这一简单动作比你想像 的要复杂得多。下次咬甘脆的苹 果时,请想一想你嘴中的机械! 楔形的门牙让你能轻松咬开苹果。 柔道的力学 柔道的主要目标,就是把对手摔倒。要达到这个 目标,单靠蛮力不足以取胜。除了力气和敏捷之外,善 用物理原理,尤其是惯性、重心和力矩的知识,对取胜 更起着决定性的作用。 以柔道中的过腿摔为例,如图所示。在(a)图中, 表示进攻者A尚未掌握有利形势,就急于用力。这时, 对手B的体重不通过支点(A的右臀部),因而形成重力臂 (arm of force),于是产生一个抵抗的力矩(B的重量?重 力臂) 。这个力矩如果大于A的进攻力矩(A的拉力?拉力 臂),A就不能把B摔倒。 ? 在(b)图中,A掌握时机,使其右臀部支持着B的重 量,也就是B的重心恰好位于支点的上方。于是,B的 重量对支点就没有力臂,也就是没有力矩。因此, A的力矩就轻易把B摔倒。 ? 要把对手摔倒,不但要靠自己所产生的力矩,还要借 着对手身体的惯性。 例如要把对手摔向右方,就先 作势要把对手摔向左方。对手为了维持平衡,就 要把身体倾向右方。利用对手倾向右方的惯性,就乘 势把对手摔向右方。 ? 此外,对手的平衡状态,诱使其重心的铅垂线离 开其双脚的范围,使对手的重量产生倾倒的力矩,也 是重要的技巧。 ? 语云“知识就是力量”,这句话在柔道的搏斗中更是 贴 切不过。 重心(centre of gravity):一物体各部分重力的合力作用点。 惯性(inertia):物体具有保持当时运动状态的一种物 质。

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