初二物理：11-5 改變世界的機械

第5節(jié)改變世界的機械渠縣涌興中學王玉政簡單機械的家族杠桿滑輪輪軸斜面想想議議：

杠桿、滑輪等簡單機械，有的省力有的不省力；使用它們時，有的可以移動較短的距離，有的卻要移動更長的距離。通過這幾種簡單機械的學習，你認為省力或費力、省距離或費距離，它們之間有什么關系？

杠桿、滑輪都是簡單機械，它們還可以變形為輪軸。生活中的輪軸：車把、方向盤、螺絲刀、扳手、卷揚機等輪軸一、輪軸：由兩個半徑不等的圓柱固定在同一軸線上組成，大的稱輪，小的稱軸。軸輪像水龍頭這樣，輪子和軸固定在一起轉(zhuǎn)動的機械，叫做輪軸。軸輪輪軸輪軸你能說出生活中類似水龍頭一樣的輪軸嗎？軸軸輪軸輪輪輪軸輪軸的應用軸輪古代人力起錨裝置輪軸的應用輪軸輪軸輪軸輪軸扳手1.井上的轆轤從右邊看過去，可畫成下圖:動力臂大于阻力臂——省力杠桿。F2

l1=Rl2=rO

F1

分析下面幾種輪軸從上邊看下去，也可畫成下圖:動力臂大于阻力臂——省力杠桿。F2

l1=Rl2=rO

F1

2.汽車的方向盤F2

l1=Rl2=rO

F1

從上邊看下去，也可畫成下圖:動力臂大于阻力臂——省力杠桿。3.水龍頭rF1

RF1·R=F2·r

F2

●輪軸：是變形杠桿，動力作用在輪上可省力。因為R＞r，所以有F1＜F2，即省了力。輪軸：是變形杠桿，動力作用在輪上可省力。平衡時有F1R=F2r

船舵

門的把手螺絲刀單車的踏板4.其他輪軸

輪軸實質(zhì)可看做是一個可以連續(xù)轉(zhuǎn)動的杠桿Rr=GF1F1·R=G·rF1GrR

動力作用在輪上，輪軸是一個省力杠桿，但費距離

動力作用在軸上，輪軸又將起到什么作用？●輪軸原理手搖鉆觀察變速自行車的齒輪搭配，想一想，怎樣才能使自行車跑得更快？作用：1.改變物體的運動速度,2.實現(xiàn)直線運動和圓周運動的相互轉(zhuǎn)化圖中所示是自行車上兩個典型的輪軸裝置，從圖中可知腳踏板與________組成了一個________輪軸，飛輪與________組成了一個________輪軸。費力齒輪盤省力后車輪一是改變用力大??；二是改變物體的運動速度。（輪軸不能省功。它實現(xiàn)直線運動和圓周運動的相互轉(zhuǎn)化，是機械傳動的重要裝置）●輪軸主要功能：二、斜面是一個與水平面成一定夾角的的傾斜平面。斜面可以省力，但費距離。斜面也是一種省力機械●斜面省力原理利用斜面這個機械所做的功是：不利用機械直接把物體抬高h,所做的功：根據(jù)功的原理,如果不計斜面和物體的摩擦：FL=GhFLGh因L＞h,所以F＜G即，利用斜面可省力，但要費距離。斜面屬于什么樣的簡單機械？有什么特點？斜面長是斜面高的幾倍，作用斜面上的力就是重力的幾分之一：F=h/LG●考慮摩擦阻力時，斜面的機械效率：機械效率：η=Gh/FLFL有用功是：總功是：Gh此時FL＞GhFG斜面與平面的傾角越小，斜面越長，則省力，但費距離，機械效率低。斜面與平面的傾角越大，斜面較短，則費力，但省距離，機械效率高。FL=Gh(不計摩擦)課余探究：

當人在騎自行車遇到上坡時，怎樣騎會更省力？找找斜面，說說運用。例1.斜面高為1m，長為3m，工人用400N沿斜面方向的力將重為840N的箱子推到車上,在這過程中推力做了

J的功,機械效率為

.例2.將重物從長4m、高1m的斜面底部勻速推上斜面的頂端。已知沿斜面所用的推力是300N，斜面的機械效率是75℅，則推力做的總功為______J，推力做的有用功為____J，物體所受的重力為_____N。盤山公路螺旋----特殊的斜面螺旋除了省力，還可以將螺旋運動與沿軸向的運動進行相互轉(zhuǎn)化。各種形式的螺旋螺旋千斤頂是一種常用的起重裝置（如圖5所示），用手柄轉(zhuǎn)動螺桿時，螺桿頂端的重物就隨螺桿一起上升。若螺桿的直徑為D

，螺距為h，手柄末端到轉(zhuǎn)軸的距離為L，要舉起重力為G

的重物時，至少要給手柄頂端多大的力？解析：螺旋手柄轉(zhuǎn)動一周時，手柄末端通過的距離為s=2πL，垂直于手柄的力F

所做的功為W1=F·2πL，螺旋轉(zhuǎn)動一周時重物升高h

，克服重物所受重力做的功為W2=Gh。根據(jù)功的原理，在理想情況下，Wl=W2，即F·2πL＝Gh

，F(xiàn)＝Gh／2πL．例題：在廠房建設中，需要利用某機車把重為1×105N的材料沿與水平地面成30°角的斜坡以1m/s的速度勻速從底部拉上坡頂，如圖所示。已知斜坡的長度為15m，機車的牽引功率為6×104W。（1）機車把材料從斜坡底部拉到頂端的時間是多少？（2）機車對材料做的總功是多少？（3）機車把材料拉上坡頂?shù)倪^程中的機械效率是多少三、改變世界的機械機械的發(fā)明，改變了整個世界機械的大型化和微型化、精密化三峽截流大型裝載機從陸地到海洋、天空直到太空現(xiàn)代機械極大地擴大了人們的活動范圍信息時代，人們將智慧賦予機械自動化、智能化機械進入到我們生活。發(fā)展空間研究自行車的構造。自行車是如何前進的？自行車是依靠鏈條和兩個齒輪帶動車輪前進的。自行車上的簡單機械把我們的發(fā)現(xiàn)寫下來：腳蹬板大齒輪鏈條小齒輪后輪輪軸滑輪滑輪輪軸車把剎車裝置腳踏板大齒輪小齒輪從蒸汽機的發(fā)明，到電力機械，到神七發(fā)明......天上飛的，海里游的，陸上行的，無不與物理學的發(fā)展有關。人類正制造出各式各樣的，龐大的，精密的機械，機械的創(chuàng)新，形成先進生產(chǎn)力，改變著我們的世界。改變世界的機械蒸汽火車蒸汽火車是世界上第一代的火車，是利用煤為動力，蒸汽機為核心的最初級最古老的火車。蒸汽火車通過用煤燒水，使水變成蒸汽，從而推動活塞，使火車運行。在人們的心目中，氣勢磅礴的蒸汽機車具有一種特殊的意味，因為它曾以無比的巨力開啟過人類歷史上一個嶄新的時代。20世紀初，美國的萊特兄弟在世界的飛機發(fā)展史上做出了重大的貢獻。在1903年制造出了第一架依靠自身動力進行載人飛行的飛機“飛行者”1號，并且獲得試飛成功。他們因此于1909年獲得美國國會榮譽獎。自從飛機發(fā)明以后，飛機日益成為現(xiàn)代文明不可缺少的運載工具。它深刻的改變和影響著人們的生活。萊特兄弟與歷史上第一架飛機2005年11月初，中國鐵道部與德國西門子公司在德國簽下了63.5億人民幣購買60列高速列車的協(xié)議。2008年，這批列車首先運行于北京-天津線路。該列車時速300公里，行駛非常平穩(wěn)，車門自動感應。現(xiàn)代火車現(xiàn)代火車英國政府計劃在未來十年內(nèi)在全國推廣時速可達362公里的列車。這款名叫“水星”的鐵路交通工具不僅速度快、外型靚麗，而且可以給乘客帶來更高品質(zhì)的享受。它配備了多節(jié)視野開闊的車廂，車廂內(nèi)有兩層高的觀景臺。還設計了可舉行家庭聚會和商業(yè)會議的玻璃艙包間及供兒童玩耍的游樂區(qū)。現(xiàn)代飛機——空客A380空客A380是歐洲空中客車工業(yè)公司研制生產(chǎn)的世界最大的客機。它在2005年4月進行了首航，在2007年10月進行了第一次商業(yè)飛行。A380在投入服務后，結束了波音747在市場上30年的壟斷地位，成為載客量最大的民用客機。2012年3月，南航第三架A380正式投入運營北京-香港航線?？湛虯380機艙內(nèi)部日本未來世界“水上巴士”2012年1月，在日本Sumidada河，由日本松元零士設計的水上巴士在水中正式航行。鮮亮的金屬線條以及綠色的玻璃罩外表，使得這艘水上巴士看起來非常像很多科幻大片里面的未來太空飛船。這艘巴士總噸位114噸，全長30.5米，全寬8米，可搭載旅客171名。這或許是未來人們乘坐交通工具的又一選擇?！斑h大湖號”油輪“遠大湖”號超級油輪是我國第一艘自行設計的油輪，船艙總容量相當于裝載200萬桶原油。續(xù)航能力2萬多海里，可實現(xiàn)一人駕駛操作和無人機艙，在空載情況下能抵御9級大風?！斑h大湖”號超級油輪由南通中遠川崎船舶工程有限公司建造，2002年12月20日投入使用。上海世博會日本館內(nèi)機器人正在講解的主持人—機器人表演小提琴獨奏的機器人納米蜘蛛機器人2010年5月，美國哥倫比亞大學的科學家成功研制出一種由DNA分子構成的納米蜘蛛機器人，它們能夠跟隨DNA的運行軌跡自由地行走、轉(zhuǎn)向以及停止。這種納米蜘蛛機器人只有4納米長，比人類頭發(fā)直徑的十萬分之一還小。這一進展的強大之處在于：一旦被編程，納米蜘蛛機器人就能夠自動完成任務。納米蜘蛛機器人可以用于幫助人類識別并殺死癌細胞，還可以幫助人們完成外科手術，清理動脈血管垃圾等。未來10大必要科技發(fā)明

海洋殖民地是理論上人類永久性在海洋“居住”，可能漂浮在水面上、或固定在海底以及存在于海底與水面之間。海洋殖民地的優(yōu)勢包括：擴展人類活動范圍和擴大地球資源使用，還可為人類未來的太空殖民積累經(jīng)驗。殖民地可以利用潮汐能量制造電能輸出，為海洋殖民地提供基礎能源。

1、海洋殖民地大西洋隧道是一種理論上的交通通道，它跨越大西洋、北美洲和歐洲之間，能夠承載火車等類型的交通工具，使用先進的技術，預計交通工具的速度可達到500-8000公里/小時。這將如何實現(xiàn)呢？計劃建造這樣的隧道實際上目前離設計概念還有很大的差距。主要的礙障是建造這樣隧道的成本，至少需要12萬億美元，以及當前建筑材料的限制。2、大西洋隧道地方性Wi-Fi的概念是將整個城市成為一個無線網(wǎng)絡訪問區(qū)，其最終目標是提供全球性無線訪問服務。這將如何實現(xiàn)呢？實際上，此項技術已在世界的許多城市存在了，然而卻并未成為互聯(lián)網(wǎng)服務的主流。通常，私人通信公司與當?shù)卣献鹘⑦@樣的網(wǎng)絡并進行維護。一旦該網(wǎng)絡建成，將使人們的網(wǎng)絡服務進入一個新紀元，使人們的上網(wǎng)更加便利。

3、全球地方性Wi-Fi仿生學是指從生物學向工程學的延伸，也指工程學向生物學的拓展。在醫(yī)學領域，仿生學意味著通過機械形式更換或增強身體器官。在科學技術領域，仿生學引用了模擬生物學適應環(huán)境的特殊技術，比如：船身外殼模擬了海豚的厚皮膚。目前已生產(chǎn)出許多仿生學裝置。醫(yī)學仿生學設計包括：人造心臟和耳蝸植入。4、仿生學

反重力器是建立一個區(qū)域使一個物體擺脫重力吸引作用。建造反重力器的意義在于使一些物體擺脫重力吸引抵達太空。這將如何實現(xiàn)呢？從理論上顯示反重力是可能實現(xiàn)的。簡單來講，數(shù)以千計的碰撞發(fā)生在空氣中帶電離子和中性氣體分子之間，導致兩者之間發(fā)生遷移變化。這將在電極上形成一個反方向作用力。5、反重力器

萬能藥是可以治愈所有疾病，并且延長壽命的藥物。它能夠治療癌癥、艾滋病以及任何病毒。這將如何實現(xiàn)呢？從理論上講，基因醫(yī)療科學技術(尤其是遺傳基因和環(huán)境基因)和免疫系統(tǒng)的逐年提高和改善對萬能藥的研制帶來更多的可信性，很可能我們這一代人中能夠?qū)崿F(xiàn)萬能藥的成功研制。

6、萬能藥能量保護罩是力場形式，通過偏移或吸收碰撞力量，可用于防護武器的攻擊或暴風雨等自然力量的侵襲。這項科學計劃可適用于地球表面，或是太空中保護一個物體。其工作原理是吸收或驅(qū)散前來攻擊侵襲的能量，延長攻擊的時間使攻擊力逐漸削弱，最終在保護罩的抵制下瓦解。7、能量保護罩8、太空電梯科學家提議建造太空電梯意在實現(xiàn)從地球表面向太空傳輸物體。這將如何實現(xiàn)呢？最通常的方法是采用繩索，這可以是電纜或繩鏈，當?shù)厍蛐D(zhuǎn)時，在地面上的繩索末端可抵消重力慣性，保持繩索處于拉緊狀態(tài)。人造衛(wèi)星或宇宙飛船系在繩索上無需使用火箭推進裝置即可升空。9、外星環(huán)境地球化外星環(huán)境地球化是指人類對某個潛在適合人類居住的星體改造，改造成類似地球的大氣層、溫度、地貌或生態(tài)結構，以適合人類的居住。這將如何實現(xiàn)呢？第一部分是生態(tài)合成性，將地球上的生物轉(zhuǎn)移到被瓦解的外星生態(tài)環(huán)境中，加速生態(tài)環(huán)境的恢復；第二部分是地形適合性，在外星球上建造一個可居住的場地，最終無數(shù)個這樣的生活基地遍布整個星球。10、星際航行星際航行是指有人或無人駕駛在星際之間旅行。由于距離非常遙遠，星際旅行要比太陽系間旅行更難以實現(xiàn)。這將如何實現(xiàn)呢？目前，美國宇航局“突破推進力物理學計劃”明確指出星際旅行成為可能必須的兩項技術突破：盡可能添加達到最大推進力速度的方法；新型艦載能量生產(chǎn)以驅(qū)動星際航行器上的裝置。1．以下生活中的裝置屬于輪軸的有（

）

A．學校教室門的把手

B．螺絲刀

C．鉗子

D．自行車車把

課內(nèi)練習：ABD

2．使用輪軸（