資源簡介

(共34張PPT)
第十講 簡單機(jī)械、
功和功率
考點(diǎn)一 杠桿
1.杠桿及杠桿的五要素
杠桿 在力的作用下，能繞著__________轉(zhuǎn)動的硬棒
五要素 支點(diǎn) 　杠桿繞著轉(zhuǎn)動的固定點(diǎn)，用字母O表示
動力 　使杠桿轉(zhuǎn)動的力，用字母F1 表示
阻力 　阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力，一般用字母F2 表示
動力臂 　從支點(diǎn)到動力作用線的________，用字母l1表示
阻力臂 　從支點(diǎn)到阻力作用線的距離，用字母l2表示
說明 ①杠桿可能是直的，也可能是彎曲的。
②動力、阻力都是杠桿受到的力，所以作用點(diǎn)在杠桿上；
③動力、阻力的方向不一定相反，但它們使杠桿轉(zhuǎn)動的方向相反。
　距離
固定點(diǎn)

力臂畫法：
①找支點(diǎn)O；②畫力的作用線(虛線)；③畫力臂(虛線，從支點(diǎn)向力的作用線作垂線)；④標(biāo)力臂(大括號或背向箭頭)。
解題小竅門
（1）杠桿平衡是指杠桿處于_________或_______________。
（2）杠桿的平衡條件(或杠桿原理)：____________________________。
表達(dá)式：_____________。
靜止
勻速轉(zhuǎn)動
動力×動力臂=阻力×阻力臂
F1l1=F2l2
3．杠桿的分類
名稱 特征 特點(diǎn) 應(yīng)用舉例
省力
杠桿 動力臂
______
阻力臂 ______力、
______距離 　撬棒、鍘刀、動滑輪、羊角錘、鋼絲鉗、手推車、花枝剪刀
費(fèi)力
杠桿 動力臂
______
阻力臂 ______力、
______距離 　縫紉機(jī)踏板、起重機(jī)的前臂、理發(fā)剪刀、釣魚竿
等臂
杠桿 動力臂
______
阻力臂 不省力、
不費(fèi)力 　天平、定滑輪
等于
大于
省
　費(fèi)　
　小于　
費(fèi)　
省　
2.杠桿的平衡條件


注意
在實(shí)際使用時，應(yīng)根據(jù)具體要求來選擇杠桿，當(dāng)需要較大的力才能解決問題時，應(yīng)選擇省力杠桿；當(dāng)為了使用方便，省距離時，應(yīng)選費(fèi)力杠桿；又省力又省距離的杠桿是不存在的。
（山西中考）如圖所示，用一根細(xì)繩將杠桿AOB在O點(diǎn)懸掛起來，B處掛一重物G，在杠桿上施加最小動力F，使杠桿在圖示位置平衡，請你在圖中畫出這個力的示意圖。

【分析】
本題是求杠桿最小力的問題，已知點(diǎn)O是動力作用點(diǎn)，那么只需找出最長動力臂即可，可根據(jù)這個思路進(jìn)行求解。

在解答力學(xué)作圖題時要注意：
（1）畫重力示意圖的關(guān)鍵是要把握它的三要素；
（2）畫杠桿的力臂則要找準(zhǔn)支點(diǎn)和力的作用線，并從支點(diǎn)向力的作用線作垂線；
（3）在力臂的考查中經(jīng)常涉及最小力的問題，注意當(dāng)力臂最大時，力最小；
（4）滑輪組的作圖最主要的是確定動滑輪上的繩子段數(shù)。
解題小竅門
（廣西中考）如圖所示，杠桿在拉力F的作用下水平平衡。現(xiàn)將彈簧測力計(jì)繞c點(diǎn)從a位置轉(zhuǎn)動到b位置的過程中，杠桿始終保持水平平衡，則拉力F的變化情況是（ 　　）
A
A.一直變大
B.一直變小
C.一直不變
D.先變大后變小
【解析】將彈簧測力計(jì)繞c點(diǎn)從a位置轉(zhuǎn)動到b位置的過程中，鉤碼的重力不變，其力臂不變，即阻力與阻力臂的乘積不變；將彈簧測力計(jì)繞c點(diǎn)從a位置轉(zhuǎn)動到b位置的過程中，拉力F的力臂逐漸變小，由杠桿的平衡條件F1L1=F2L2可知，拉力F逐漸變大。


注意
杠桿的平衡條件：動力×動力臂=阻力×阻力臂，考查時往往涉及動態(tài)的變化過程，哪端的力和力臂的乘積大，哪端就下沉，若相等，則杠桿是平衡的。其實(shí)，杠桿的分類也是平衡條件的具體應(yīng)用。近幾年的中考加大了綜合能力的考查，杠桿一般與壓強(qiáng)、浮力等知識綜合考查，難度較大。
1.實(shí)驗(yàn)器材：
鐵架臺或支架、帶刻度的杠桿、鉤碼。
2.實(shí)驗(yàn)要求：
(1)組裝器材，不掛任何鉤碼,調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡，這樣力臂的數(shù)值在杠桿上就能直接讀出或量出(同時也是為了消除杠桿自身重力的影響);
(2)在杠桿左、右兩邊分別掛上不同數(shù)量的鉤碼，使杠桿在水平位置重新平衡;
(3)讀出動力、動力臂、阻力、阻力臂，填寫實(shí)驗(yàn)記錄表次數(shù)1，并計(jì)算出實(shí)驗(yàn)中F1×L1和F2×L2的數(shù)值;
(4)改變力及力臂的大小，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟(2)、(3)(要求每次實(shí)驗(yàn)都應(yīng)改變鉤碼數(shù)目和懸掛位置)，填寫實(shí)驗(yàn)記錄表次數(shù)2,并計(jì)算出實(shí)驗(yàn)中F1×L1和F2×L2的數(shù)值;
(5)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論;
(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，整理實(shí)驗(yàn)器材。
實(shí)驗(yàn) 探究杠桿的平衡條件
3.實(shí)驗(yàn)記錄表:







4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
杠桿的平衡條件：動力×動力臂=阻力×阻力臂或F1×L1=F2×L2。
次數(shù) 動力
F1(N) 動力臂
L1(cm) 動力×動力
臂(F1×L1) 阻力
F2(N) 阻力臂
L2(cm) 阻力×阻力
臂(F2×L2)
1 ? ? ? ? ? ?
2 ? ? ? ? ? ?
3
(武漢中考) 如圖所示是探究杠桿平衡條件的幾個實(shí)驗(yàn)情景。





（1）掛鉤碼前，杠桿在如圖甲所示的位置靜止，此時杠桿____________（選填“達(dá)到”或“沒有達(dá)到”）平衡狀態(tài)，接下來應(yīng)向___________（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿保持水平并靜止。
（2）如圖乙所示，A點(diǎn)掛有2個質(zhì)量均為50g的鉤碼，為了讓杠桿在水平位置平衡，應(yīng)在B點(diǎn)掛___________個質(zhì)量均為50g的鉤碼。
（3）將杠桿的支點(diǎn)移到如圖丙所示的位置，為了杠桿在水平位置平衡，請你在杠桿上畫出最小動力F的示意圖。
　達(dá)到　
　右　
　3　
【分析】（1）杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài)時，杠桿處于平衡狀態(tài)。調(diào)節(jié)杠桿平衡時，平衡螺母向上翹的一端移動。
（2）設(shè)杠桿的一個小格為L，一個鉤碼重為G，根據(jù)杠桿平衡求出鉤碼的個數(shù)。
（3）若在杠桿上施加最小的力F，使杠桿在水平位置平衡，該力的方向應(yīng)該垂直杠桿向上，使動力臂最長，在阻力和阻力臂一定時，動力臂最長時最省力，據(jù)此作圖。
【解答】解：（1）杠桿保持靜止，此時杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)，達(dá)到平衡；
由圖中，杠桿的右端較高，平衡螺母應(yīng)向右端移動使杠桿平衡；
（2）設(shè)杠桿的一個小格為L，一個鉤碼重為G，因?yàn)椋裕?br/>，所以，，所以在B處掛3個鉤碼。
（3）為使拉力最小，動力臂要最長，拉力F的方向應(yīng)該垂直杠桿向上，即豎直向上，動力臂為最長，如圖所示：


注意
（1）分析杠桿的平衡條件實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問題和杠桿平衡條件的運(yùn)用，關(guān)鍵是要學(xué)會設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論；
（2）實(shí)驗(yàn)過程中，將杠桿尺的重心放在支點(diǎn)上是為了排除杠桿自重對實(shí)驗(yàn)的影響；調(diào)節(jié)杠桿使其在水平位置平衡是為了便于測量力臂的大小；測量多組數(shù)據(jù)是為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有普遍性。
考點(diǎn)二 滑輪和滑輪組
?項(xiàng)目 定滑輪 動滑輪 滑輪組
定義 中間的軸固定不動的滑輪 中間的軸和重物一起移動的滑輪 定滑輪和動滑輪的組合
實(shí)質(zhì) 等臂杠桿 動力臂為阻力臂2倍的省力杠桿 ?
圖示
特點(diǎn) 既不省力也不費(fèi)力,但改變力的方向 省一半的力,但不能改變力的方向 省力又能改變動力的方向
?項(xiàng)目 定滑輪 動滑輪 滑輪組
符號
說明 G為物體的重力，G動為動滑輪的重力，n為動滑輪上的繩子段數(shù)，s為繩子自由端移動的距離，h為物體移動的距離
s和h
的關(guān)系 s=h s=2h s=nh
力的
關(guān)系 不計(jì)輪軸間摩擦、繩重及滑輪自重 F=G
不計(jì)輪軸間
的摩擦及繩重 F=G
（咸寧中考）如圖所示，杠桿AB放在鋼制圓柱體的正中央水平凹槽CD中，杠桿AB能以凹槽兩端的C點(diǎn)或D點(diǎn)為支點(diǎn)在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，長度AC=CD=DB，左端重物G=12N。當(dāng)作用在B點(diǎn)豎直向下的拉力F足夠大時，杠桿容易繞 （選填“C”或“D”）點(diǎn)翻轉(zhuǎn)，為使杠桿AB保持水平位置平衡，拉力最小值F1= N的，最大值F2= N。（杠桿、細(xì)繩的質(zhì)量及摩擦均忽略不計(jì)）
? D? ? ??
???6????
???24????
【解析】由圖可知，D點(diǎn)更加靠近拉力一端，故當(dāng)作用在B點(diǎn)豎直向下的拉力F足夠大時，杠桿容易繞D點(diǎn)翻轉(zhuǎn)；當(dāng)以C點(diǎn)為支點(diǎn)時拉力最小，以D點(diǎn)為支點(diǎn)時拉力最大，則根據(jù)杠桿平衡條件可得F1×BC=G×AC，F(xiàn)2×BD=G×AD，因?yàn)锳C=CD=DB，所以BC：AC=2：1，BD：AD=1：2，可得F1×2=12N×1，F(xiàn)2×1=12N×2，解得，F(xiàn)1=6N，F(xiàn)2=24N。
【分析】當(dāng)以C點(diǎn)為支點(diǎn)時拉力最小，以D點(diǎn)為支點(diǎn)時拉力最大，根據(jù)AC=CD=DB分別求出動力臂與阻力臂的=比值，然后利用杠桿平衡條件計(jì)算拉力的最小值和最大值。
考點(diǎn)三 斜面
1.定義：一個與水平面成一定夾角的傾斜平面。
2.特點(diǎn)：省力但費(fèi)距離。
3.舉例：盤山公路、螺絲釘、螺旋千斤頂?shù)取?br/>

注意
如果用F 表示沿斜面作用在物體上的力，用s 表示斜面長，用h表示斜面高，物重為G，那么，在理想情況下，由（機(jī)械）功的原理可得：，即：當(dāng)高度h一定時，斜面越長，斜面的傾角越小，斜面越平緩，越省力。
（廣安中考）如圖所示，斜面長3m，高0.6m，建筑工人用繩子在6s內(nèi)將重500N的物體從其底端沿斜面向上勻速拉到頂端，拉力是150N（忽略繩子的重力）。則下列說法正確的是（　　）
A.斜面上的摩擦力是50N
B.拉力的功率是50W
C.拉力所做的功是300J
D.斜面的機(jī)械效率是80%


h
s
F
【分析】
（1）利用計(jì)算該過程拉力F做的功；利用求出有用功，利用求出額外功，然后利用計(jì)算貨物箱在斜面上受的摩擦力大小； （2）利用求拉力做功功率；
（3）斜面的機(jī)械效率等于有用功與總功之比。
A
【解析】
（1）拉力F做的功：；
有用功：，
額外功：，
由W額=fs可得，物體在斜面上受到的摩擦力：
，故A正確、C錯；
（2）拉力的功率：，故B錯；
（3）斜面的機(jī)械效率： ，故D錯。 故選：A。
考點(diǎn)四 功
定義 　物理學(xué)中把_____和______________________________的乘積叫機(jī)械功，簡稱功
兩個必
要因素 　①作用在物體上的________；　
②物體在力的方向上通過的________
計(jì)算
單位 　________，1 J＝ 1 N·m
感受功
的大小 　把兩個雞蛋舉高1 m所做的功大約是1J
焦耳( J)
物體在力的方向上移動的距離　
力
距離　
　
力

溫馨提示：
（1）不做功的三種情況：有力無距離、有距離無力、有力有距離但力與距離的垂直。
（2）我們利用機(jī)械做功時，動力對機(jī)械所做的功等于不用機(jī)械而直接用手所做的功，即使用任何機(jī)械都不省功。這一規(guī)律叫功的原理。也叫機(jī)械功原理。
(長沙中考) 下列關(guān)于功的說法正確的是( )
A. 小明用力推發(fā)生故障的汽車而未推動時，推力對汽車做了功
B. 吊車吊著重物沿水平方向勻速運(yùn)動一段距離時，吊車的拉力對重物做了功
C. 足球在水平地面上滾動一段距離時，重力對足球做了功
D. 舉重運(yùn)動員從地面將杠鈴舉起的過程中，舉重運(yùn)動員對杠鈴做了功
【解析】
A. 小明用力推發(fā)生故障的汽車而未推動時，有力沒有距離，推力對汽車不做功，故A錯誤；
B. 吊車吊著重物使其沿水平方向勻速移動過程中，吊車的拉力與物體通過距離的方向垂直，所以吊車對重物不做功，故B錯誤；
C. 足球在水平地面上滾動一段距離時，足球在重力的方向上沒有移動距離，所以重力對足球不做功，故C錯誤；
D. 舉重運(yùn)動員從地面將杠鈴舉起的過程中，杠鈴在力的方向上移動了距離，故舉重運(yùn)動員對杠鈴做了功，故D正確。故選D.
D

判斷是否做功的方法：就是看是否同時滿足做功的兩個必要因素，即作用在物體上的力和物體在力的方向上通過了一段距離，二者缺一不可。
不做功的三種情況：有力無距離、有距離無力、有力有距離但力與距離的垂直。
解題小竅門
(天津中考) 中國選手張湘祥在奧運(yùn)會上獲得男子舉重62kg級冠軍，挺舉成績是176kg，圖為他比賽時的照片。他在挺舉過程中對杠鈴做的功最接近（　　）
A．600J
B．1200J
C．1800J
D．3400J
?
【分析】根據(jù)求出杠鈴的重力，估測出舉高的高度，根據(jù)求出對杠鈴做的功。
【解答】解：杠鈴的重力：，
張湘祥的身高約為1.60m；在挺舉過程中把杠鈴舉高的高度為張湘祥的身高加上0.4m，即：，
在挺舉過程中對杠鈴做的功：。
【點(diǎn)評】此題主要考查對重力、功的計(jì)算公式的理解和掌握，估測出舉高的高度是解決此題的關(guān)鍵。
D
考點(diǎn)五 功率
物理
意義 　表示做功__________的物理量。功率大，說明做功______，單位時間內(nèi)做的功多；功率小，說明做功______，單位時間內(nèi)做的功少
定義 　在物理學(xué)中，把物體在一段時間內(nèi)做的功與做功所用的________的比叫功率
公式 　________
單位
及其
換算 單位 　國際單位：______________；常用單位：____________
換算關(guān)系 　1 kW＝______W
時間
快慢　
快　
慢　
103
瓦特(W)　
千瓦(kW)　


溫馨提示：
（1）比較功率大小的兩種方法：①相同時間內(nèi)比做功的多少；②完成相同的功比所用的時間。
（2）推導(dǎo)公式：。
（3），表示功，單位是J；表示時間，單位是s，所以1W=1J/s；中，表示力，單位是N，表示速度，單位是m/s.
（4）由知：功率一 定時，力與速度成反比。例如汽車上坡時，減小速度可以獲得更大的牽引力。
C
(18 重慶B) 如圖所示，是我市著名民營企業(yè)生產(chǎn)的力帆100E型電動微型轎車。轎車載著乘客在水平公路上勻速直線行駛1min所通過的路程為720m。已知轎車總質(zhì)量，受到的阻力f大小恒為轎車重量的0.1倍，輪胎與路面接觸的總面積．求：
（1）轎車行駛的速度大小。
（2）轎車對路面產(chǎn)生的壓強(qiáng)。
（3）牽引力對轎車做功的功率。
【分析】（1）根據(jù)速度的計(jì)算公式，求出汽車速度；
（2）汽車對水平地面的壓力等于它的重力，應(yīng)用壓強(qiáng)公式可以求出汽車對地面的壓強(qiáng)；
（3）利用阻力和重力的關(guān)系求出阻力，然后根據(jù)二力平衡可得牽引力，已知牽引力和行駛距離，可以得到牽引力做的功；已知牽引力做的功和所用時間，可以得到功率。
【解析】
解：（1）轎車的速度：；
（2）轎車對水平地面的壓力：；
轎車對地面的壓強(qiáng)：；
（3）轎車受到的阻力：，
轎車勻速直線行駛，則牽引力：，
牽引力做的功：，
牽引力做功的功率：。
【點(diǎn)評】本題考查了速度公式、功、功率計(jì)算公式，綜合性較強(qiáng)，解答的關(guān)鍵是熟悉基本公式，根據(jù)需要作出選擇或變形。
謝謝觀看！



廁所里的科學(xué)
??雖然上廁所，從事一些“方便”的活動，真的讓人感到輕松方便，雖然它是人體吐故訥新的一個重要環(huán)節(jié)。但這件事卻是只可意會不可言傳，做得說不得的。“如廁”、“出恭”之類的文明詞都顯得太不“文明”了，要說成“一號”或“WC”才成。或說成“洗手間”什么的。可是西方人卻不回避“廁所”，非但不回避，還把廁所打扮得比我們的客廳還干凈、甚至豪華。
??? 其實(shí)仔細(xì)一想，廁所的水平就是社會發(fā)展和文明程度的標(biāo)志。落后的國家，老百姓連飯都吃不上，哪里管得上廁所衛(wèi)生，連棲身之處都沒有，哪里肯花錢去裝修廁所。可見廁所的水平直接反映了經(jīng)濟(jì)水平。
??? 現(xiàn)代的廁所里的科學(xué)設(shè)備科學(xué)裝置實(shí)在太多了，簡直就是一個物理實(shí)驗(yàn)室。我們不妨瀏覽一下。
反水彎和地漏
?? 在洗手盆的下水管中段，有一個回形彎，欲稱反水彎。這實(shí)際上是個連通器，當(dāng)液體靜止時，兩邊的液面總是相平的。當(dāng)洗手盆向下放水時，水面超過 點(diǎn)，水就自然流向下水道。當(dāng)盆里的水快流盡時，管中的水面逐漸下降，降落到與 點(diǎn)等高時，水就不再流動，管中這部分形成一段“水塞”，把管中的污水、臭氣與外界隔絕。
??? 地漏的構(gòu)造，頂部是一個篦子，防止大塊的污物落入下水管道內(nèi)。下面是一個倒扣著的鐵碗，鐵碗的四周有幾個拱形的缺口，使得地面上的水能順利流入下水管。如果僅僅這樣，水能流進(jìn)去，臭氣也能冒出來。所以，下水管道口還有一圈凹槽。用于積存水。顯然，凹槽里的水深要浸沒扣碗的拱形缺口，這樣，臭氣就冒不出來了，而地面上的水位高于地漏的內(nèi)管口，由于連通器原理，水會順利地流進(jìn)下水管。由此我們也知道，凹槽里必須時時存一些水，如果水全都干了，就不會起到“水蓋”的作用，臭氣就冒出來。
二、抽水馬桶的水箱真科學(xué)
??? 1.水箱是靠浮子和杠桿來控制進(jìn)水的。水箱供水是自動控制的。當(dāng)水箱里的水放掉后，浮子（金屬空心球或塑料空心球）就會隨水面一起落下來，金屬連桿（實(shí)際上是個杠桿）的另一端就會自動抬起，自來水就會源源流入水箱。當(dāng)液面升高，浮子也隨之抬起，杠桿的另一端就會向下，壓住進(jìn)水口的橡皮墊。由于這是一個動力臂很長、阻力臂很短的杠桿，杠桿的阻力臂端頭就能產(chǎn)生很大的力，死死地壓住進(jìn)水口。由于進(jìn)水口的管口很細(xì)，橡皮墊在這個管口上就能產(chǎn)生很大的壓強(qiáng)，把進(jìn)水口死死地堵住。
　???????? 調(diào)節(jié)浮子球在杠桿動力臂的高度，還可以調(diào)節(jié)水箱的蓄水量。
??? 2.水箱放水口的橡皮塞科學(xué)地利用了大氣壓強(qiáng)和浮力的原理。
??? 水箱下部的閥門是個倒扣的，有豁口的橡皮球。當(dāng)它倒扣在放水管口時，下部與空氣相通，上部受到水的壓力，而水的液面上部又與空氣相通，所以上下的大氣壓抵消了。水的壓力作用在橡皮塞上，橡皮塞牢牢地堵住了下水口。當(dāng)人按動扳手，通過杠桿，橡皮塞被吊起，水就放出去了。
??? 如果這個橡皮塞不是空心豁口的橡皮球，而是個橡皮塊，它受的浮力很小，人一松手，橡皮塊就會在水中落下去，又堵住放水口。這當(dāng)然不方便，因?yàn)槿吮仨氁恢卑醋“馐郑钡较渲械乃殴狻６招幕砜谇蛞槐焕穑虚g的空氣和球一起就受到水的浮力，上升到水面，漂浮著，直到水放光，很省事，但是，如果它是個完整的皮球也不行，因?yàn)樗鼤冀K漂在液面上，再次注水時，它就不會堵到下水管口去。而豁口球就要優(yōu)越得多，當(dāng)它落到下水管口，與下部空氣相通，它就使去浮力，只相當(dāng)于一塊橡皮，堵住管口。而且這個橡皮碗的下部是薄壁的，當(dāng)它下落到管口，沒有堵嚴(yán)，周圍還有水流下時，根據(jù)伯努利原理，流水部位的壓強(qiáng)很小，形成負(fù)壓，薄橡皮會被吸過去，把這里堵嚴(yán)。由此我們看到一個普通的水箱，綜合利用了物理中的杠桿、浮力等靜力學(xué)原理和流體力學(xué)的道理。
三、廁所里絕對不能安裝燃?xì)鉄崴?br/>??? 安裝燃?xì)鉄崴鹘o人們的洗浴帶來方便，而且，比電熱水器安全可靠。因?yàn)橄丛r，渾身濕漉漉的，一旦電熱水器漏電，后果不堪設(shè)想。但是，燃?xì)鉄崴魅绻惭b在廁所，也是很不安全的。因?yàn)槿紵簹饣蛱烊粴鈺a(chǎn)生大量的二氧化碳，于人體健康不利。而天然氣燃燒不完全，會產(chǎn)生一氧化碳，煤氣本身就是一氧化碳，會造成煤氣中毒。廁所的通風(fēng)條件一般都不好，而一氧化碳的密度比空氣小，充斥在房間的上部，更不容易排放出去。所以，最好的選擇是把燃?xì)鉄崴靼苍趶N房，并注意通風(fēng)，只把熱水通到廁所去。







多米諾骨牌效應(yīng)
新華社2000年12月31日和中央電視臺2001年元月6日先后報道：在20世紀(jì)的最后幾分鐘里，一項(xiàng)新的多米諾骨牌吉尼斯世界紀(jì)錄，在北京頤和園體育健康城綜合館和網(wǎng)球館誕生了。中國、日本和韓國的62名青年學(xué)生成功推倒340多萬張骨牌，一舉打破了此前由荷蘭人保持的297萬張的世界紀(jì)錄。從電視畫面可看出，骨牌瞬間依次倒下的場面蔚為壯觀，其間顯示的圖案豐富多采，令人驚嘆，其中蘊(yùn)含著一定的科學(xué)道理。
這就是“多米諾骨牌效應(yīng)”。該效應(yīng)產(chǎn)生的能量是十分巨大的。
這種效應(yīng)的物理道理是：骨牌豎著時，重心較高，倒下時重心下降，倒下過程中，將其重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，它倒在第二張牌上，這個動能就轉(zhuǎn)移到第二張牌上，第二張牌將第一張牌轉(zhuǎn)移來的動能和自已倒下過程中由本身具有的重力勢能轉(zhuǎn)化來的動能之和，再傳到第三張牌上......所以每張牌倒下的時候，具有的動能都比前一塊牌大，因此它們的速度一個比一個快，也就是說，它們依次推倒的能量一個比一個大。
大不列顛哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)家A.懷特海德曾經(jīng)制用了一組骨牌,共13張,第一張最小。長9.53mm,寬4.76mm,厚1.19mm,還不如小手指甲大.以后每張體擴(kuò)大1.5倍,這個數(shù)據(jù)是按照一張骨牌倒下時能推倒一張1.5倍體積的骨牌而選定的.最大的第13張長61mm,寬30.5mm,厚7.6mm,牌面大小接近于撲克牌,厚度相當(dāng)于撲克牌的20倍.把這套骨牌按適當(dāng)間距排好,輕輕推倒第一張,必然會波及到第13張.第13張骨牌倒下時釋放的能量比第一張牌倒下時整整要擴(kuò)大20多億倍.因?yàn)槎嗝字Z骨牌效應(yīng)的能量是按指數(shù)形式增長的.若推倒第一張骨牌要用0.024微焦，倒下的第13張骨牌釋放的能量達(dá)到51焦。可見多米諾骨牌效應(yīng)產(chǎn)生的能量的確令人瞠目.
不過A.懷德特畢竟沒有制作第32張骨牌,因?yàn)樗鼘⒏哌_(dá)415m,兩倍于紐約帝國大廈.如果真有人制作了這樣的一套骨牌,那摩天大廈就會在一指之力下被轟然推倒!




這也是杠桿原理
一天，國王叫來阿基米德對他說：“我造了一艘貨船，這艘船實(shí)在太大了，我把全城的男子都召集來，也沒辦法把船推到海里去，你能不能把這艘大貨船移動呢？”
　　阿基米德鞠了一躬，說：“我接受您的挑戰(zhàn)。”
　　過了幾天，阿基米德宣布，一切準(zhǔn)備好了。
　　船塢上擠滿了人，大家都跑來看熱鬧。
　　大船放在船架上。它本身就非常重，國王還額外地給它增加了重物。船上不僅載貨，還上去了許多人。
　　阿基米德不慌不忙地檢查了系在船上的繩索和一些輪子，然后用手握住手柄，開始搖動手柄。莫奇怪！大船果然慢慢地移動了。
　　人群中爆發(fā)出一陣陣歡呼聲。
　　阿基米德走到國王面前說：“尊敬的陛下，請您親自來搖搖這個搖柄吧！”
　　國王莊重地走了過去，搖動搖柄，大船又平穩(wěn)地前進(jìn)了。他突然停住，舉起一只手，大聲地說：
　　“大家聽著，我下令，從今天起，無論阿基米德說什么，都要相信他。”
　　阿基米德為什么能用一只手挪動大船呢？
　　其實(shí)，這也是應(yīng)用了杠桿原理。就是在現(xiàn)代起重設(shè)備上，也有阿基米德發(fā)明的滑輪和絞盤。
　　絞盤（手搖卷揚(yáng)機(jī)）和轆轤的原理一樣，這類機(jī)械叫做輪軸。自行車的腳蹬子和輪盤就是一種輪軸；擰螺絲的改錐（起子）也是一種輪軸。
　　如圖所示，輪軸是一種變形的杠桿，輪半徑OA就是杠桿的動力臂；軸半徑OB則是阻力臂。動力和阻力的關(guān)系是：
　　F1·OA＝F2·OB。由于輪半徑OA比軸半徑OB大，所以利用輪軸可以省力。
　　滑輪也是杠桿的變形，使用滑輪組可以省很多力。阿基米德就是用輪軸和滑輪組把大船移動的。






人體心臟的功率
心臟是強(qiáng)勁有力的器官。按照瓦特數(shù)衡量，它足以同一盞寫字臺熒光燈相比擬。一個成年人，在正常坐定不動的情況下，心臟的功率約為5瓦。在睡著時，因?yàn)樾玛惔x減弱了，下降到2瓦。一個運(yùn)動員，在一般運(yùn)動中，心臟可以提供２０瓦動力。從工程角度看，心臟簡直是一臺了不起的發(fā)動機(jī)，人體心臟的功率水平，能適應(yīng)負(fù)荷的大幅度變動；它的效率很高，以致任何人造裝備，都無法相比。更為突出的是，心臟能自動地調(diào)節(jié)到所需的功率，而不需要它的主人作出任何有意識的努力。這些屬性在人造心臟中加以模擬復(fù)制。最新設(shè)計(jì)的钚動力人造心臟，大約30瓦功率。




人體中的杠桿
骨骼肌肉和關(guān)節(jié)構(gòu)成了人體的運(yùn)動系統(tǒng)，盡管人體的運(yùn)動相當(dāng)復(fù)雜，但最基本的運(yùn)動都是有骨骼繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的，其模型就是杠桿。杠桿分為等臂杠桿、省力杠桿、費(fèi)力杠桿三種類型，這些類型在我們?nèi)梭w中都是存在的。
1．人的頭顱——等臂杠桿
點(diǎn)一下頭或抬一下頭是靠杠桿的作用，杠桿的支點(diǎn)在脊柱頂端，支點(diǎn)前后各有肌肉，頭顱的重力是阻力。支點(diǎn)前后的肌肉所用的力是動力。支點(diǎn)前后的肌肉配合起來，有的收縮有的拉長形成低頭仰頭動作。

2．人的手臂——費(fèi)力杠桿
人的手臂繞肘關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，可以看成是由肌肉和手臂骨骼組成的杠桿在轉(zhuǎn)動。肘關(guān)節(jié)是支點(diǎn)，肱二頭肌肉所用的力是動力，手拿的重物的重力是阻力，顯然我們的前臂是一種費(fèi)力杠桿，舉起一個重物，肌肉要化費(fèi)約6倍以上的力氣。雖然費(fèi)力，但是可以省距離（少移動距離），提高工作效率。

3．走路時的腳——省力杠桿
我們走路抬起腳時，腳就是一個杠桿。腳掌根是支點(diǎn)，人體的重力就是阻力，腿肚肌肉產(chǎn)生的拉力就是動力。杠桿模型如圖所示。這種杠桿可以克服較大的體重。

除上述三個部位之外，在身體中還有多處杠桿。如：小腿繞膝蓋的轉(zhuǎn)動可看成小腿肌肉和脛骨組成的杠桿；彎腰時，腰部肌肉和脊骨之間形成杠桿；奔跑時，向前跨步，右腿的髂腰肌收縮、臀大肌松弛，使右大腿抬起；股四頭肌松弛，股二頭肌收縮，使右膝彎曲。仰臥起坐時，上身受到腹肌和上身重力的作用。這些杠桿模型怎樣？是哪種類型的杠桿？請同學(xué)們相互討論，并請教老師。










三峽水利樞紐工程
　　長江三峽水利樞紐工程（簡稱三峽工程），因位于長江干流三峽河段而得名。三峽工程是中國，也是世界上最大的水利樞紐工程，是治理和開發(fā)長江的關(guān)鍵性骨干工程。三峽工程水庫正常蓄水位175 m，總庫容3.93×1010m3，水庫面積1 084 km2。它是一個具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)等多開發(fā)目標(biāo)的大型水利水電工程。
　　三峽工程地理位置優(yōu)越，可有效地控制長江上游洪水。經(jīng)三峽水庫調(diào)蓄，可使荊江河段防洪標(biāo)準(zhǔn)由大約十年一遇提高到百年一遇。
　　三峽水電站是樞紐工程的主要組成部分之一。水電站安裝26臺單機(jī)容量為7×l05 kW，總裝機(jī)容量為1.82×l07 kW，年均發(fā)電量8.468×1010 kW·h。它將為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、能源不足的華東、華中和華南等地區(qū)提供可靠、廉價、清潔的可再生能源，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展和減少環(huán)境污染起到重大的作用。
　　三峽水庫顯著改善了宜昌至重慶660 km的長江航道，航道的單向年通過能力由原來的約1×107 t提高到5×107 t，運(yùn)輸成本降低35%～37%。
　　三峽工程永久船閘為雙線五級連續(xù)梯級船閘，單級閘室的有效尺寸為280 m×34 m×5 m（長×寬×坎上最小水深），可通過萬噸級船隊(duì)。





學(xué)好簡單機(jī)械的關(guān)鍵
　　簡單機(jī)械包括杠桿、滑輪、輪軸和斜面等，重點(diǎn)內(nèi)容是杠桿、杠桿的平衡條件、滑輪和滑輪組等。掌握以下關(guān)鍵點(diǎn)就能順利地學(xué)好本部分內(nèi)容。
　　一、杠桿
　　學(xué)習(xí)杠桿的關(guān)鍵點(diǎn)：（1）支點(diǎn)是杠桿繞著轉(zhuǎn)動的點(diǎn)，同一根杠桿使用方法不同，支點(diǎn)的位置可能不同，要能根據(jù)具體情況區(qū)分支點(diǎn)。（2）畫動力或阻力時應(yīng)注意力的作用點(diǎn)和方向。動力和阻力都是杠桿受到的力，其作用點(diǎn)都在杠桿上。有同學(xué)認(rèn)為同一根杠桿上動力和阻力的方向一定相同，有同學(xué)認(rèn)為一定不同，這都是錯誤的。正確的認(rèn)識是：動力和阻力能使杠桿轉(zhuǎn)動的方向一定是相反的。即一個力能使杠桿向順時針方向轉(zhuǎn)動，則另一個力一定是能使杠桿向逆時針方向轉(zhuǎn)動。（3）力臂不是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離，而是支點(diǎn)到力的作用線的距離。借用幾何用語，力臂不是點(diǎn)到點(diǎn)的距離，而是點(diǎn)到直線的距離。作點(diǎn)到直線的距離必須使用直角三角板的兩個直角邊。
　　例1　小明進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是“探究杠桿的平衡條件”，他在完成教材中的探究任務(wù)后，又多加了一個彈簧測力計(jì)繼續(xù)進(jìn)行探究。他的困惑是：在圖1所示杠桿已經(jīng)平衡的情況下，不知道怎樣測彈簧拉力的力臂。請你在圖1中幫小明作出彈簧拉力F對支點(diǎn)O的力臂。

　　解析：畫力臂可以按“找點(diǎn)、畫線、作垂線、標(biāo)符號”這樣的步驟完成。“找點(diǎn)”──找支點(diǎn)。由題意知，杠桿的支點(diǎn)是O；“畫線”──畫出力的作用線。將F分別向兩端延長，變?yōu)橐粭l直線，就是力的作用線。“作垂線”──用直角三角板的兩條直角邊從支點(diǎn)O向力的作用線畫垂線，支點(diǎn)到垂足的距離就是力臂。“標(biāo)符號”──把支點(diǎn)到垂足的距離用大括號或帶箭頭的線段勾出，在旁邊標(biāo)上字母L。
　　答案：如圖2所示。
　　二、杠桿平衡條件及應(yīng)用
　　（1）利用來判斷一個桿桿是否平衡，若等式成立桿桿平衡，反之不平衡。
　　（2）利用進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。先根據(jù)杠桿轉(zhuǎn)動的效果，找出動力和阻力；再根據(jù)支點(diǎn)的位置，確定每個力的力臂；最后根據(jù)杠桿的平衡條件，代入數(shù)據(jù)計(jì)算出結(jié)果。
　　（3）三種杠桿的劃分：依據(jù)是杠桿的平衡條件，即，若L1>L2，則F1杠桿名稱 力臂的比較 力的比較 距離的比較 特點(diǎn)
省力杠桿 動力臂大于阻力臂 動力小于阻力 動力作用點(diǎn)移動的距離大于阻力點(diǎn)移動的距離 能省力但費(fèi)距離
費(fèi)力杠桿 動力臂小于阻力臂 動力大于阻力 動力作用點(diǎn)移動的距離小于阻力點(diǎn)移動的距離 費(fèi)了力但能省距離
等臂杠桿 動力臂等于阻力臂 動力等于阻力 動力作用點(diǎn)移動的距離等于阻力點(diǎn)移動的距離 雖不省力但能改變用力的方向
　　例2 桿秤是一種很古老但現(xiàn)在仍然在廣泛使用的一種測量質(zhì)量的工具。小林同學(xué)用一桿秤稱一實(shí)心球的質(zhì)量，如圖3所示。當(dāng)桿秤在水平位置平衡時，秤砣拉線正好壓在4 kg的刻度線上。根據(jù)秤砣拉線、提紐和稱鉤所在秤桿的位置之間的距離的粗略關(guān)系，可以估測出秤砣的質(zhì)量大約是（ ）

　　A．10 g
　　B．400 g
　　C．1000 g
　　D．4000 g
　　解析：桿秤是利用杠桿的平衡條件工作的，桿秤平衡時滿足。此時的F1．　F2分別是實(shí)心球和秤砣對秤桿的拉力，其大小就等于它們受到的重力。秤砣拉線正好壓在4 kg的刻度線上，說明實(shí)心球的質(zhì)量為4 kg。當(dāng)桿秤在水平位置平衡時，提紐到稱鉤所在秤桿位置的距離，及提紐到秤砣拉線的距離分別是L1．　L2。根據(jù)圖3估計(jì)L2=4L1。
　　答案：C
　　例3 汶川地震中，滾滾的山石擋住了道路。增援人員要用撬棒撬開山石，分別沿如圖所示的四個方向用力，其中最省力的是
　　A．沿F1方向 B．沿F2方向
　　C．沿F3方向 D．沿F4方向

　　分析：題目中撬棒的支點(diǎn)是O，什么時候最省力呢？根據(jù)杠桿的平衡條件,在F2 、L2不變的情況下，要使F1 最小，必須使L1 最大。L1 的最大值是多少呢？圖中L1 的最大值就等于O點(diǎn)到手的距離，與之垂直的力就是最小的力。
　　答案：C．
　　點(diǎn)撥：要作出使杠桿平衡的最小的力，根據(jù)杠桿的平衡條件，必須使這個力的力臂最長。一般情況下，這個最長的力臂就是從支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的長度, 與之垂直的力就是最小的力。
定滑輪、動滑輪和滑輪組的比較




類型 定義 特點(diǎn) 實(shí)質(zhì) 重物提升的高度h與繩子通過的距離s的關(guān)系
定滑輪 使用過程中，滑輪的位置不改變 不省力，但可以改變用力方向Ｆ＝Ｇ物（不計(jì)摩擦） 等臂杠桿 s = h
動滑輪 使用過程中，滑輪的位置隨物體改變 能省力，但不能改變用力方向F =（G物+G動）（不計(jì)摩擦） 動力臂是阻力臂二倍的省力杠桿 s =2h
滑輪組 將定滑輪和動滑輪組合在一起即為滑輪組 可以省力，也可以改變用力方向F =（G物+G動）（不計(jì)摩擦，n 指承擔(dān)物重的繩子的股數(shù)） s = nh（n 指承擔(dān)物重的繩子的股數(shù)）
　　例4 如圖5所示，不考慮滑輪與輕繩之間的摩擦，米袋總重為800N，而繩上吊著的靜止的“紳士”重500N，則米袋對地面的壓力為（ ）
　　 A．500N B．250N C．300N D．800N

　　解析：從圖5判斷，圖中的滑輪是定滑輪，“紳士”通過定滑輪對米袋向上的拉力等于他的重力，則米袋對地面的壓力為800N-500N=300N．
　　答案：C
　　例5 用滑輪組將一個重為5N的物體勻速提升10cm，由圖6可知，繩端受到的拉力F為 N，繩端移動的距離s為 cm。

　　解析：繩端受到的拉力可以通過彈簧測力計(jì)讀出，為2．0N。從滑輪組的繞線可以看出有三股繩子連著動滑輪，所以n=3，則s = nh =3×10cm=30cm。
　　答案：2．0 30
　　例6 小漢同學(xué)在“研究動滑輪特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)時，進(jìn)行了正確操作，并記錄數(shù)據(jù)如下表，分析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與課本中“使用動滑輪能省一半力”的結(jié)論不符。面對這一事實(shí)，下列做法中最不可取的是（ ）
實(shí)驗(yàn)次數(shù) 物重G/N 拉力F/N
1 1．0 0．65
2 1．5 0．90
3 2．0 1．15
　　A．與同學(xué)分析可能原因
　　B．實(shí)驗(yàn)失敗，停止實(shí)驗(yàn)
　　C．改進(jìn)實(shí)驗(yàn)條件，重新實(shí)驗(yàn)
　　D．查閱資料，了解結(jié)論的適用條件

　　解析：對于“使用動滑輪能省一半力”，我們是通過實(shí)驗(yàn)探究得出來的。可是小漢同學(xué)在進(jìn)行這個實(shí)驗(yàn)時，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻與課本中的結(jié)論不符。問題在哪里呢？題目排除了操作錯誤，記錄的數(shù)據(jù)也正確。實(shí)際上，物理中的許多結(jié)論都是在忽略某些次要因素的基礎(chǔ)上得出的。“使用動滑輪能省一半力”，是在不考慮動滑輪和繩子的重力，并不考慮摩擦的情況下獲得的結(jié)論。而在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，這些因素都是存在的。如果把這些因素都考慮進(jìn)去，勢必得不出規(guī)律性的東西，得不到正確的結(jié)論。怎么辦呢？此時就要設(shè)法減小以上次要因素的影響，如選用更輕的動滑輪和繩子，進(jìn)一步減小摩擦，還有盡可能使物體重力更大一些等。
　　答案：B







怎樣判斷物體是否做功
功的概念是物理學(xué)中最重要的概念之一。學(xué)習(xí)本節(jié)課的關(guān)鍵點(diǎn)是判斷是否做功，這需要同學(xué)們通過分析大量實(shí)例來練習(xí)，明確做功必須具備的兩個條件。弄清了這些，功的計(jì)算就非常簡單了。
力學(xué)中所說的功包括兩個必要因素：一是作用在物體上的力，二是物體在力的方向上通過的距離。所謂必要因素，就是說這兩個因素缺一不可，如果缺少了其中一個因素，從力學(xué)的觀點(diǎn)來看，都認(rèn)為沒有做功，可見這兩個因素是我們判斷力是否做功的唯一依據(jù)。所以判斷一個力是否做了功，必須從作用在物體上的力和物體在力的方向上是否通過距離這兩個方面考慮。判斷物體是否做功要注意下面幾點(diǎn)：
1．作用在物體上的力是否使物體在力的方向上移動了距離。如果有力作用在物體上，但物體沒有移動，即F≠0，s=0，則W=Fs=0，不做功。例如：推一輛陷在泥濘中的轎車卻沒有推動。這個例子中雖然有力作用在物體上，但物體沒有在力的方向上通過一段距離，力學(xué)里就說沒有做功，這是“勞而無功”。
2．物體移動的某段距離是否受到了力的作用。如果沒有力作用在物體上，但物體由于慣性而運(yùn)動，即F=0，s≠0，則W=Fs=0，不做功。例如：在光滑的水平地面上滑動的鉛球，是由于慣性而運(yùn)動，雖然在水平方向上通過了距離，但并沒有水平方向的力作用于它，所以沒有什么力做功，這是“不勞無功”。
3．物體移動的距離是否在力的方向上。如果有力作用在物體上，而且物體也運(yùn)動了，但物體運(yùn)動的方向和受到的力的方向垂直，即物體在力的方向上沒有移動距離，即F≠0，s=0，則W=Fs=0，不做功。例如：人手提水桶在水平路上行走，水桶沿水平方向向前運(yùn)動，這時人對水桶的力是豎直向上的，而水桶移動的距離是水平的，并沒有向上移動，在力的方向上也沒有移動距離，也是“勞而無功”。





真能撬起地球嗎？
傳說，有一天，國王希羅接到阿基米德的一封信，信里說：“我確信，只要給我一個支點(diǎn)，我就能撬起地球！”
　　國王看著信發(fā)呆，便派人把阿基米德找來。“阿基本德，你信上說的我一點(diǎn)也不明白！”國王說。
　　“陛下，這里說的是杠桿原理。”阿基米德開始講述杠桿的故事了。
　　杠桿是誰發(fā)明的，已經(jīng)無法考證了。事情大概是這樣的：原始人為了保護(hù)自己的洞穴，常常用大石頭堵住洞口。怎樣搬動大石頭呢？也許有一次偶然的機(jī)會，有人把樹干的一端放在大石頭下面，在靠近這一端的樹干下恰好有一塊小石頭。原始人向下一壓樹干，沒費(fèi)多大力氣，石頭居然移動了。于是，“撬”這個詞誕生了。用樹干撬石頭的辦法傳開了。

　　在我國的古書《莊子》里，記載著這樣一段故事：孔子的學(xué)生子貢路過漢明時，看到老農(nóng)抱著甕跳到水洼中取水灌田；很費(fèi)力氣，卻沒有灌多少水。子貢便向老農(nóng)介紹說，有一種機(jī)械叫桔槔，用力小而見效大。這桔槔就是一種杠桿，它后面拴著石頭，“后重前輕”“摯水若抽”，提水很方便。
　　在阿基米德時代，已經(jīng)出現(xiàn)了不少種杠桿。“用撬棍撬石頭為什么省力呢？阿基米德在不停地思考著，終于悟出了其中的道理。阿基米德是總結(jié)出杠桿原理的第一個人。
　　任何杠桿都有三點(diǎn)兩臂：支點(diǎn)，動力作用點(diǎn)，阻力作用點(diǎn)，動力臂，阻力臂。
　　阿基米德經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)和研究，發(fā)現(xiàn)杠桿的動力臂越長，舉起重物需要的力越小，并且總結(jié)出杠桿的平衡條件是：
　　動力×動力臂＝阻力×阻力臂。
　　“陛下！”阿基米德寫完他的公式以后激動地說：“根據(jù)這個原理，不管用多么小的力，都有可能舉起任何重的物體！”
　　國王高興地說：“阿基米德，你真能撬起地球嗎？”
“不！”阿基米德說：“這只是我想象中的一個實(shí)驗(yàn)。這個大杠桿的支點(diǎn)是找不到的！”










我國古代的農(nóng)用機(jī)械
我國是世界上最早利用機(jī)械裝置的國家之一。大約1萬年前，開始使用了弓箭，3 000多年前的商代，已經(jīng)開始使用輪軸原理制造車輛。春秋戰(zhàn)國時期，桔槔的廣泛使用，標(biāo)志著杠桿原理的廣泛應(yīng)用。漢代以后綜合應(yīng)用多種機(jī)械原理的大型機(jī)械開始使用。
一、桔槔
桔槔是我國古代提水的器具，創(chuàng)造于春秋時期。《莊子》一書記載：孔子的弟子子貢路過漢陰，向一老農(nóng)介紹說：“有一種汲水的器械用力小，功效大，可日灌四百畦”。他介紹的就是這種名叫桔槔的汲水器具，結(jié)構(gòu)如圖所示。它利用杠桿的原理，在一根豎立的架子上加上一根細(xì)長的杠桿，中間是支點(diǎn)，末端懸掛一個重物，前段懸掛水桶。當(dāng)人把水桶放入水中打滿水以后，由于杠桿末端的重力作用，便能輕易把水提拉至所需處。桔槔的使用節(jié)省了人力，大大提高了勞動生產(chǎn)率。

二、水碾
水力碾是魏晉南北朝時發(fā)明的谷物加工機(jī)械，用于谷物脫殼或去麩。水碾是中古時期較為先進(jìn)的生產(chǎn)加工工具，特點(diǎn)主要是在技術(shù)上充分利用水利資源，借助水力帶動碾硙進(jìn)行加工生產(chǎn)。水碾的基本結(jié)構(gòu)是在一扇大磨盤中設(shè)中軸，并裝一根橫軸，橫軸一端裝一個滾輪，利用水輪帶動軸轉(zhuǎn)，使?jié)L輪滾動起來產(chǎn)生摩擦，將谷物進(jìn)行脫殼或去麩。如圖是元王禎《農(nóng)書》中描繪的水碾。

三、轆轤
轆轤是從杠桿演變來的汲水工具。早在公元前一千一百多年前，中國已經(jīng)發(fā)明了轆轤。到春秋時期，轆轤就已經(jīng)流行。轆轤的主要部件是一根短圓木，上繞繩索，圓木可環(huán)繞其固定軸而轉(zhuǎn)動。在工業(yè)方面，有使用牛力帶動轆轤，再裝上其他工具用來鑿井或汲鹵的。

四、水排
水排可謂一種較復(fù)雜的機(jī)械。杜詩創(chuàng)制的水排，不僅運(yùn)用了主動輪、從動輪、曲柄、連桿等機(jī)構(gòu)把圓周運(yùn)動變?yōu)槔瓧U的直線往復(fù)運(yùn)動，還運(yùn)用了皮帶傳動，使直徑比從動輪小的旋鼓快速旋轉(zhuǎn)。它在結(jié)構(gòu)上，已具有了動力機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)三個主要部分，因此實(shí)際上可以看作是現(xiàn)代水輪機(jī)的前身，水排的出現(xiàn)標(biāo)志著中國復(fù)雜機(jī)器的誕生。遠(yuǎn)在一千四百多年以前的今天，就能創(chuàng)制出這樣完整的水力機(jī)械，真正顯示了中國古人的高度智慧和創(chuàng)造才能，在世界科技史上占有重要的地位。在歐洲，使用水力鼓風(fēng)設(shè)備的鼓風(fēng)爐到公元十一世紀(jì)才出現(xiàn)，而普遍使用則是到了十四世紀(jì)。

水力鼓風(fēng)有十分重要的意義，它加大了風(fēng)量，提高了風(fēng)壓，增強(qiáng)了風(fēng)力在爐里的穿透能力。這一方面可以提高冶煉強(qiáng)度，另一方面可以擴(kuò)大爐徑，加高爐身，增大有效容積，這就大大地增加了生產(chǎn)能力。水排的發(fā)明是人類利用自然力的一次偉大勝利。
中國古代對簡單機(jī)械的認(rèn)識和應(yīng)用
杠桿、滑輪，物理學(xué)上稱作簡單機(jī)械。杠桿的使用或許可以追溯到原始人時期。當(dāng)原始人拾起一根棍棒和野獸搏斗或用它撬動一塊巨石，他們實(shí)際上就是在使用杠桿。石器時代人們所用的石刃、石斧，都用天然繩索把它們和木柄捆綁在一起，或者在石器上鑿孔，裝上木柄。這表明他們在實(shí)踐中懂得了杠桿得經(jīng)驗(yàn)法則：延長力臂可以增大力量。
1．杠桿在中國的典型發(fā)展──秤（天平）

杠桿在中國的典型發(fā)展是秤的發(fā)明和它的廣泛應(yīng)用。在一根杠桿上安裝吊繩作為支點(diǎn)，一端掛上重物，另一端掛上砝碼或秤錘，就可以稱量物體的重量。古代人稱它“權(quán)衡”或“衡器”。“權(quán)”就是砝碼或秤錘，“衡”是指秤桿。迄今為止，考古發(fā)掘的最早的秤是在長沙附近左家公山上戰(zhàn)國時期楚墓中的天平。它是公元前四到三世紀(jì)的制品，是個等臂秤。不等臂秤可能早在春秋時期就已經(jīng)使用了。古代中國人還發(fā)明了有兩個支點(diǎn)的秤，俗稱銖秤。使用這種秤，變動支點(diǎn)而不需要換秤桿就可以稱量比較重的物體。這是中國人在衡器上的重大發(fā)明之一，也表明中國人在實(shí)踐中完全掌握了阿基米德杠桿原理。
《墨經(jīng)》一書最早記述了秤的杠桿原理。《墨經(jīng)》把秤的支點(diǎn)到重物一端的距離稱作“本”（今天通常稱“重臂”），把支點(diǎn)到權(quán)一端的距離稱作“標(biāo)”（今天稱“力臂”）。《墨經(jīng)·經(jīng)下》中說：第一，當(dāng)重物和權(quán)相等而衡器平衡時，如果加重物在衡器的一端，重物端必定下垂；第二，如果因?yàn)榧由现匚锒馄髌胶猓鞘潜径虡?biāo)長的緣故；第三，如果在本短標(biāo)長的衡器兩端加上重量相等的物體，那么標(biāo)端必下垂。（“衡，加重于其一旁，必垂。權(quán)、重相若也相衡，則本短標(biāo)長；兩加焉，重相若，則標(biāo)必下。”）墨家在這里把杠桿平衡的各種情形都討論了。他們既考慮了“本”和“標(biāo)”相等的平衡，也考慮了“本”和“標(biāo)”不相等的平衡；既注意到杠桿兩端的力，也注意到力和作用點(diǎn)之間的距離大小。雖然他們沒有給我們留下定量的數(shù)字關(guān)系，但這些文字記述肯定是墨家親身實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，它比阿基米德發(fā)現(xiàn)杠桿原理要早約二百年。

2．桔槔

桔槔是在一根豎立的架子上加上一根細(xì)長的杠桿，當(dāng)中是支點(diǎn)，末端懸掛一個重物，前段懸掛水桶。當(dāng)人把水桶放入水中打滿水以后，由于杠桿末端的重力作用，便能輕易把水提拉至所需處。桔槔早在春秋時期就已相當(dāng)普遍，而且延續(xù)了幾千年，是中國農(nóng)村歷代通用的舊式提水器具。
3．滑輪
滑輪，古代人稱它“滑車”。應(yīng)用一個定滑輪，可改變力的方向；應(yīng)用一組適當(dāng)配合的滑輪，可以省力。至少從戰(zhàn)國時期開始，滑輪在作戰(zhàn)器械、井中提水等生產(chǎn)勞動中被廣泛應(yīng)用。
最早討論滑輪力學(xué)的還是《墨經(jīng)》。《墨經(jīng)·經(jīng)下》把向上提舉重物的力稱作“挈”（qí），把自由往下降落稱作“收”，把整個滑輪機(jī)械稱作“繩制”。《墨經(jīng)》中說：以“繩制”舉重，“挈”的力和“收”的力方向相反，但同時作用在一個共同點(diǎn)上。提挈重物要用力，“收”不費(fèi)力，若用“繩制”提舉重物，人們就可省力而輕松。（“挈與收反。”“挈，有力也；引，無力也。不必所挈之止于施也，繩制之也。”）又說：在“繩制”一邊，繩比較長，物比較重，物體就越來越往下降；在另一邊，繩比較短，物比較輕，物體就越來越被提舉向上。（“挈，長重者下，短輕者上。”）又說：如果繩子垂直，繩兩端的重物相等，“繩制”就平衡不動。（“繩下直，權(quán)重相若則正矣。”）如果這時“繩制”不平衡，那么所提舉的物體一定是在斜面上，而不是自由懸吊在空中。我們對于墨家的豐富的力學(xué)知識不能不贊佩！

4．轆轤
滑輪的另一種形式是轆轤。把一根短圓木固定于井旁木架上，圓木上纏繞繩索，索的一端固定在圓木上，另一端懸吊水桶，轉(zhuǎn)動圓木就可提水。只要繩子纏繞得當(dāng)，繩索兩端都可懸吊木桶，一桶提水上升，另一桶往下降落，這就可以使轆轤總是在做功。轆轤大概起源于商末周初（公元前十一世紀(jì)）。

據(jù)《物原》記載：“史佚始作轆轤”。史佚是周代初期的史官。早在公元前一千一百多年前中國已經(jīng)發(fā)明了轆轤。到春秋時期，轆轤就已經(jīng)流行。轆轤的制造和應(yīng)用，在古代是和農(nóng)業(yè)的發(fā)展緊密結(jié)合的，它廣泛地應(yīng)用在農(nóng)業(yè)灌溉上。轆轤的應(yīng)用在我國時間較長，雖經(jīng)改進(jìn)，但大體保持了原形，說明在3 000年前我們的祖先就設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)很合理的轆轤。解放前在我國的北方缺水地區(qū)，仍在使用轆轤提水灌溉小片土地。現(xiàn)在一些地下水很深的山區(qū)，也還在使用轆轤從深井中提水，以供人們飲用。在其他工業(yè)方面，有使用牛力帶動轆轤，再裝上其他工具用來鑿井或汲鹵的。










自制火箭模型
　　節(jié)假日里，同學(xué)們少不了要放鞭炮。在這兒，給同學(xué)們介紹一個用鞭炮自制火箭模型的方法，大家不妨一試。
　　器材準(zhǔn)備：鞭炮（兩響）、硬紙板、細(xì)線、塑料膜、彩紙、膠棒、螺絲刀、剪刀等。
　　制作方法：
　　1．用螺絲刀將兩響上端的封堵小心剝開，露出火藥，將火藥倒出。將火藥的五分之一重新裝回，在上面用紙團(tuán)蓋嚴(yán)。
　　2，將塑料膜裁成長25 cm的四邊形，在四角拴上40 cm的細(xì)繩做成降落傘。在鞭炮上端均勻扎4個小孔，把傘繩的另一端穿過小孔拴牢。
　　3．用彩紙作一個圓錐狀的導(dǎo)流罩。把降落傘束好后裝入紙團(tuán)和導(dǎo)流罩中間的空腔內(nèi)，將導(dǎo)流罩和箭體粘牢。
　　4．用硬紙板剪四個平行四邊形和小三角形，均勻地粘牢在箭體下方和上端。至此，火箭模型制作完畢。如圖（一）和（二）。
　　　　
　　火箭模型的發(fā)射
　　在室外空曠地帶，將火箭豎立在平地上。點(diǎn)燃引信后及時遠(yuǎn)離。第一級被點(diǎn)燃后火箭升空。在空中，第二級被點(diǎn)燃，因火藥較少，燃?xì)鈱⒄髡譀_開，降落傘打開，然后箭體徐徐落下。
　　問題思考
　　1．在火箭模型發(fā)射過程中，涉及到哪些力學(xué)問題？有哪些能量轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)移過程？
　　2．箭體的翼起什么作用？

　　3．若將箭翼如圖（3）那樣粘貼，情況會有什么變化？這其中有什么科學(xué)道理？
　　其他說明：
　　1．在操作過程中注意安全。
　　2．廢棄物應(yīng)妥善處理。

展開更多......

收起↑